ES2342686T3 - Dispositivo de medicion de flujo para la determinacion de una direccion de flujo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de medición de flujo para la determinación de una dirección de flujo de un fluido (22), el cual presenta - un elemento de medición (1a, 1b, 1c, 2, 3, 31), alrededor del cual puede fluir un fluido (22), con al menos dos guías de onda ópticas (4a, 4b), las cuales comprenden respectivamente al menos una red de Bragg (13a, 13b) y al menos una resistencia calentadora (5, 6, 7) eléctrica dispuesta en forma contigua a una de las guías de onda ópticas, con lo cual, - puede aplicarse calor, respectivamente, a las guías de onda ópticas (4a, 4b) mediante un flujo de calor (10a, 10b), el cual es dirigido por al menos una resistencia calentadora (5, 6, 7). - al menos una proporción de las direcciones de los flujos de calor (10a, 10b) se encuentra en una dirección opuesta. - los flujos de calor individuales (10a, 10b) se encuentran correlacionados en alto grado, de forma diferente, con la dirección del flujo del fluido (22), y - al menos una onda electromagnética, la cual puede inyectarse a las guías de onda ópticas (4a, 4b), correspondiente a la respectiva temperatura de las guías de onda ópticas (4a, 4b) puede ser influenciada en la ubicación de al menos dos redes de Bragg (13a, 13b). - una unidad de control, con la cual se puede aplicar potencia eléctrica a por lo menos una resistencia calentadora (5, 6, 7), y - una unidad de evaluación (23), con la cual es posible la evaluación de la influencia de temperatura, originada por los flujos de calor individuales, de al menos una onda electromagnética y con la cual puede determinarse la dirección de flujo del fluido (22).
Description
Dispositivo de medición de flujo para la
determinación de una dirección de flujo.
La presente invención hace referencia a un
dispositivo de medición de flujo para la determinación de una
dirección de flujo de un fluido. El dispositivo de medición de
flujo presenta un elemento de medición con al menos dos guías de
onda ópticas y al menos una resistencia eléctrica dispuesta en forma
contigua a las guías de onda ópticas, una unidad de control y una
unidad de evaluación. Además, la presente invención hace referencia
a un método para determinar una dirección de flujo de un fluido,
así como a una máquina eléctrica con el dispositivo de medición de
flujo.
En máquinas eléctricas de todas las clases de
rendimiento, sin embargo, en particular en máquinas con un alto
rendimiento, se forma una cantidad considerable de calor, el cual
debe ser desviado mediante medidas técnicas de refrigeración, en
vistas a una eficiencia mejorada de la máquina y/o a una vida útil
más prolongada. De este modo, por ejemplo, se conocen máquinas
refrigeradas mediante aire, tales como generadores o motores, en
especial con rendimientos por debajo de 300 MVA, en las cuales tiene
lugar una refrigeración a través de un flujo de aire
comparativamente mayor. Este flujo de aire puede ser conducido,
particularmente, a través de un sistema de conducción, el cual
comprende numerosos canales de flujo (véase, por ejemplo, la
solicitud DE 42 42 132 A1 o la solicitud EP 0 853 370 A1). A través
de canales de flujo del sistema de conducción, puede, por ejemplo,
ser empujado aire desde el exterior hacia el interior mediante el
estator de la máquina. Simultáneamente, sin embargo, es absorbido
aire por el rotor de la máquina y desde el interior hacia el
exterior, empujado por el estator en la dirección contraria. Cuando
ambos flujos de aire se superponen desfavorablemente, se produce un
detenimiento de flujo dentro del sistema de conducción y, con ello,
dado el caso, un sobrecalentamiento local y la generación de daños
en la máquina.
A través del documento de C. Jewart y otros
"X-probe flow sensor using
self-powered active fiber Bragg gratings",
Sensores y actuadores A 127 (2006), 63-68 se conoce
una disposición, en la cual se determina una disposición de flujo
mediante una cruz de dos redes de Bragg, con lo cual, las guías de
onda ópticas con las redes de Bragg pueden ser calentadas a través
de luz dirigida.
Por la solicitud GB 2 079 470 A es conocida la
posibilidad de determinar la característica de flujo de un fluido a
través de un material sólido permeable a fluidos, de modo tal que
una resistencia calentadora efectúa un calentamiento local del
material sólido y del fluido y, en otros lugares alrededor de la
resistencia calentadora, es medida la temperatura.
En la solicitud WO 2004/042326 A2 se presenta un
dispositivo de medición de flujo para la determinación de una
velocidad de flujo de un fluido que fluye alrededor de un elemento
de medición del dispositivo de medición de flujo, como por ejemplo
de un flujo de gas, con una guía de onda óptica, la cual presenta
varias redes de Bragg y al menos una resistencia calentadora
eléctrica dispuesta en forma contigua a la guía. Con esto, a partir
de una influencia de una onda electromagnética introducida en las
guías de onda ópticas, puede determinarse, a través de la
temperatura de le guía, la velocidad de flujo a lo largo de la
extensión longitudinal del elemento de medición. La guía de onda
óptica puede ser calentada con una aplicación constante de calor
mediante la resistencia calentadora eléctrica, de lo cual resulta,
en el elemento de medición, una distribución de temperatura en la
extensión longitudinal, correspondiente a la velocidad local de
flujo. De esta manera, este dispositivo de medición de flujo es
adecuado para determinar una pluralidad de velocidades locales de
flujo con sólo un único elemento de medición. Sin embargo, no es
posible la determinación de la dirección en la cual fluye el fluido
en forma relativa hacia el elemento de medición.
Es objeto de la presente invención, por tanto,
el proporcionar un dispositivo de medición de flujo, así como un
método, con el cual pueda determinarse la dirección de flujo de un
fluido, así como también indicar una máquina eléctrica, en la cual
pueda controlarse la dirección de flujo de un fluido
refrigerado.
Para alcanzar este objetivo se indica un
dispositivo de medición de flujo correspondiente a las
características de la reivindicación independiente 1.
El dispositivo de medición de flujo conforme a
la invención hace referencia a un dispositivo de medición de flujo
para la determinación de una dirección de flujo de un fluido, el
cual presenta
- -
- un elemento de medición, alrededor del cual puede fluir un fluido, con al menos dos guías de onda ópticas y al menos una resistencia eléctrica dispuesta en forma contigua a las respectivas guías de onda ópticas, con lo cual
- -
- puede aplicarse calor a las guías de onda ópticas mediante un flujo de calor orientado hacia las respectivas guías de onda ópticas de al menos una resistencia calentadora
- -
- al menos una proporción de las direcciones de los flujos de calor se encuentra en una dirección opuesta.
- -
- los flujos de calor individuales se encuentran correlacionados en alto grado, de forma diferente, con la dirección del flujo del fluido, y
- -
- puede ser influenciada al menos una onda electromagnética, la cual puede inyectarse a las guías de onda ópticas, correspondiente a la respectiva temperatura de las guías de onda ópticas,
- -
- una unidad de control, con la cual se puede aplicar potencia eléctrica a por lo menos una resistencia eléctrica, y
- -
- una unidad de evaluación, con la cual es posible la evaluación de la influencia de temperatura, originada por los flujos de calor individuales, de al menos una onda electromagnética, y con la cual puede determinarse la dirección de flujo del fluido.
El elemento de medición, el cual, en su
extensión longitudinal se encuentra dispuesto, preferentemente, en
forma perpendicular con respecto a la dirección de flujo del fluido,
presenta diferentes proporciones locales de flujo sobre la
extensión de su corte transversal, el cual es, en particular,
circular. De este modo, se efectúa en forma irregular, sobre la
extensión del corte transversal, el transporte de calor por la
superficie del elemento de medición debido a las diferentes
velocidades locales de flujo del fluido. A causa de esto, en el
elemento de medición, al aplicarse una potencia constante de al
menos una resistencia calentadora, se regula respectivamente, en
forma acorde a la cantidad, un flujo de calor diferente en dirección
de las guías de onda ópticas, la cual depende de la posición de las
guías de onda ópticas en el elemento de medición. En función de la
disposición de las guías de onda ópticas con respecto a la dirección
de flujo, pueden regularse diferentes temperaturas en el respectivo
lugar de las guías de onda ópticas. A partir de la determinación de
las correspondientes diferencias de temperatura, puede concluirse la
dirección de flujo del fluido, el cual fluye alrededor del elemento
de medición.
Conformaciones ventajosas del dispositivo de
medición de flujo conforme a la invención resultan de las
reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1.
De este modo, es favorable que las guías de onda
ópticas comprendan respectivamente al menos una red de Bragg y, que
al menos una onda electromagnética, la cual puede inyectarse en las
guías de onda ópticas, pueda ser influenciable en forma
correspondiente a la respectiva temperatura de las guías de onda
ópticas en el lugar de al menos dos redes de Bragg. Tal clase de
sensor se caracteriza por su capacidad multiplexora especial, de
modo que puede ser realizada una red de sensores en forma sencilla.
Otra ventaja de la tecnología de las redes de Bragg consiste en la
posibilidad de llevar a cabo una medición prácticamente puntual, es
decir, una medición local muy limitada. Es así posible, en el caso
de requerirse una exactitud de medición muy elevada, en particular
localizada a lo largo del elemento de medición, disponer unas tras
otras, varias redes de Bragg unas bien cerca de otras en las
respectivas guías de onda ópticas.
Para una mejor diferenciabilidad, las redes de
Bragg dispuestas en una las guías de onda ópticas, presentan, en
forma preferente, respectivamente, centroides espectrales diferentes
uno de otros. En cada red de Bragg, es reflejada nuevamente por lo
menos una onda electromagnética suministrada en una proporción
determinada a través del respectivo centroide espectral. El
centroide espectral varía con las magnitudes de influencia
dominantes en el lugar de medición, aquí, particularmente, la
temperatura de las guías de onda ópticas. Esta variación en el
contenido de la longitud de onda (o espectro de longitud de onda) de
la respectiva parte nuevamente reflejada de al menos una onda
electromagnética suministrada es utilizada como medida para la
magnitud de influencia a determinar. Es también posible en
principio, sin embargo, examinar la parte transmitida de al menos
una onda electromagnética suministrada en base a la variación en el
espectro de longitud de onda. Para el análisis de la red de Bragg
mediante al menos una onda electromagnética, puede emplearse, en
particular, una fuente de luz de banda ancha, como por ejemplo un
LED (diodo emisor de luz, en inglés: Light Emitting Diode) con un
ancho de banda de aproximadamente 45 nm, un SLD (diodo
superluminiscente, del inglés: SuperLuminescence Diode) con un ancho
de banda de aproximadamente 20 nm o un láser sintonizable con un
ancho de banda de aproximadamente 100 nm.
Se sugiere que el elemento de medición se
conforme en forma de barra. En forma ventajosa, el elemento de
medición puede montarse fácilmente y puede ser insertado en los
canales de flujo, por ejemplo, a través de una abertura. Además, es
posible un mantenimiento del elemento de medición con reducidos
costes de montaje. Para ello, son aflojadas las fijaciones
correspondientes y el elemento de medición es extraído a través de
la abertura. A su vez, el elemento de medición puede, naturalmente,
presentar cualquier otra forma. Por ejemplo, el elemento de medición
puede estar conformado en forma de círculo o también como un espiral
de Arquímedes.
En otra conformación se sugiere que el elemento
de medición sea elástico. De este modo, en forma ventajosa, el
elemento de medición puede, de acuerdo al empleo, ser formado
previamente dentro de un corto plazo, por lo que la cantidad de las
diferentes formas del elemento de medición puede reducirse. Pueden
ahorrarse los costes para el montaje.
Es favorable que al menos una resistencia
calentadora se encuentre realizada en metal. De esta manera se
garantiza un calentamiento regular a lo largo de las resistencias
calentadoras
Se sugiere además que al menos una resistencia
calentadora se encuentre conformada por un revestimiento eléctrico
conductor en común de las guías de onda ópticas, con lo cual las
guías de onda ópticas se encuentran en contacto en la dirección
longitudinal. De esta manera puede simplificarse considerablemente
la forma de construcción del elemento de medición. La resistencia
calentadora puede, de forma sencilla, conectarse respectivamente de
modo unitario con las guías que se encuentran en contacto unas con
otras, de modo que, junto a una fabricación favorable en cuanto a
costos, puede también lograrse una función de protección de las
guías a través de las resistencias calentadoras. El revestimiento
conductor puede, por ejemplo, estar compuesta por un metal como
wolframio o también por una aleación, por ejemplo acero o
similares.
Se sugiere además, que al menos una resistencia
calentadora presente una resistencia eléctrica específica
constante. De esta manera puede lograrse, ventajosamente, que al
elemento de medición se le aplique calor en formar regular sobre su
extensión longitudinal. Dentro del marco de esta solicitud, se
entiende como resistencia eléctrica específica la resistencia
eléctrica por unidad de longitud.
También se sugiere que la resistencia específica
sea ampliamente dependiente de la temperatura dentro de la zona de
temperatura de funcionamiento. De este modo puede lograrse que el
respectivo suministro de calor a lo largo de la extensión del
elemento de medición, orientado por al menos una resistencia
calentadora en dirección de las guías de onda ópticas, sea
esencialmente independiente de la temperatura local actual. La
exactitud de la medición, tanto como la fiabilidad de la medición
puede aumentarse. Para ello, al menos una resistencia calentadora
debe componerse de, por ejemplo, un material como constantán o
similares.
En un perfeccionamiento ventajoso, se sugiere
que el elemento de medición presente una envoltura. El elemento de
medición puede, de este modo, encontrarse protegido, por ejemplo,
contra una exigencia química. A su vez, la envoltura posibilita una
protección mecánica, por ejemplo, durante el montaje.
Se sugiere además que la envoltura se encuentre
compuesta por un material cerámico. Con la envoltura cerámica puede
formarse, de modo ventajoso, un elemento de medición para una
elevada exigencia de temperatura.
Se sugiere también que la envoltura se encuentre
formada por una vaina metálica. Ventajosamente, el elemento de
medición puede, de este modo, encontrarse protegido contra una carga
electroestática, al poder conectarse la vaina metálica con un
potencial a tierra.
Asimismo, se sugiere que la envoltura (8)
presente al menos una resistencia calentadora (6, 7). Los
componentes y los costes pueden reducirse aún más.
Para alcanzar el objetivo planteado se indica un
método correspondiente a las características de la reivindicación
independiente 12.
El método conforme a la invención consiste en un
método para determinar una dirección de flujo de un fluido con un
dispositivo de medición de flujo, con lo cual
- -
- al menos una onda electromagnética es inyectada en al menos dos guías de onda ópticas de un elemento de medición rodeado por el fluido
- -
- le es suministrada potencia eléctrica a por lo menos una resistencia calentadora del elemento de medición de modo tal, que
- -
- se le aplica calor a las guías de onda ópticas mediante las guías de onda ópticas y
- -
- por lo menos una onda electromagnética en función de la diferente temperatura local es en alto grado influenciada de diferente modo, en por lo menos dos guías de onda ópticas,
- -
- las diferentes influencias de por lo menos una onda electromagnética son determinadas y, de acuerdo a ello, es determinada la dirección de flujo del fluido perpendicularmente con respecto a la extensión longitudinal del elemento de medición.
Del método conforme a la invención resultan las
ventajas explicadas anteriormente para el dispositivo de medición de
flujo conforme a la invención.
De esta manera, es también favorable que las
guías de onda ópticas comprendan, respectivamente, al menos una red
de Bragg y que al menos una onda electromagnética sea influenciada
en función de las diferentes temperaturas locales en el lugar de al
menos una respectiva red de Bragg.
Se sugiere, igualmente, que al menos una onda
electromagnética se forme por un impulso electromagnético. De
manera ventajosa, puede ahorrarse energía, así como también elevarse
la exactitud de la medición. El impulso electromagnético puede, por
ejemplo, ser generado mediante un láser pulsado, el cual es
inyectado en las guías de onda ópticas a través de adecuados medios
de inyección conocidos.
Además, se sugiere que el elemento de medición
sea calentado en su extensión longitudinal mediante al menos una
resistencia calentadora. A partir de la variación de temperatura a
lo largo del elemento de medición, debido al flujo de fluido,
puede, ventajosamente, ser también determinada la velocidad de flujo
a lo largo del elemento de
medición.
medición.
Es ventajoso que por lo menos a una resistencia
calentadora se le aplique una potencia eléctrica constante. En
particular, en el caso de una curva de resistencia constante sobre
la extensión longitudinal del elemento de medición, puede lograrse,
conforme a la Ley de Ohm, respectivamente, una aplicación de calor
constante. Esto puede llevarse a cabo mediante corriente continua o
también mediante corriente alterna. En especial, a través de la
variación de la frecuencia de corriente alterna puede ser
influenciado el efecto de calor de al menos una resistencia
calentadora cuando la frecuencia oscila dentro de un rango, dentro
del cual los efectos de desplazamiento de flujo son efectivos.
En un perfeccionamiento ventajoso del método
conforme a la invención, se sugiere que se efectúen varias
mediciones con diferentes aplicaciones de calor. De este modo, puede
elevarse ampliamente la exactitud de la medición.
Se sugiere, asimismo, que como fluido se utilice
un gas, en especial aire o un líquido, en particular agua o
nitrógeno líquido, para la refrigeración de una máquina eléctrica,
en especial un generador o un motor. El elemento de medición de
acuerdo al dispositivo de medición de flujo conforme a la invención,
puede ser adaptado, de modo favorable en cuanto a los costes, a las
exigencias físicas y/o químicas en el canal de flujo de un equipo de
refrigeración del motor, así como del motor. De este modo, puede
lograrse una medición exacta de una distribución de flujo en el
corte transversal de un canal de flujo.
A su vez, para alcanzar el objetivo de la
presente invención, se sugiere una máquina eléctrica con
- -
- un rotor montado en forma giratoria,
- -
- un estator fijo, agregado en una carcasa de la máquina,
- -
- un equipo de refrigeración de piezas mediante un fluido dentro de la carcasa de la máquina, con lo cual, el equipo de refrigeración contiene un sistema de conducción, y
- -
- un dispositivo de medición de flujo conforme a la invención.
Al mismo tiempo, se prevé, dispuesto en un canal
de flujo del sistema de conducción, un elemento de medición del
dispositivo de medición de flujo, para la medición de la dirección
de flujo de un fluido en el canal de flujo.
De la máquina eléctrica conforme a la invención
resultan las ventajas explicadas anteriormente para el dispositivo
de medición de flujo conforme a la invención.
A través del dispositivo de medición de flujo
conforme a la invención, puede lograrse una eficaz refrigeración de
la máquina, controlándose, en los canales de flujo del equipo de
refrigeración, la dirección de flujo del fluido refrigerado, como
por ejemplo aire. Un detenimiento del flujo a través de flujos
superpuestos desfavorablemente, puede ser detectado a tiempo, de
modo tal que pueden introducirse las medidas adecuadas para evitar
un sobrecalentamiento local y la generación de daños en la máquina.
De este modo puede elevarse la fiabilidad de un funcionamiento de la
máquina de flujo.
Se sugiere que el elemento de medición se
encuentre dispuesto en forma radial con respecto al corte
transversal del canal de flujo. De manera ventajosa, con varias
redes de Bragg dispuestas unas tras otras, puede determinarse la
dirección de flujo en función del radio del corte transversal del
canal de flujo. Naturalmente, pueden preverse también varios
elementos de medición en el canal de flujo, para poder determinar la
dirección de flujo en diferentes posiciones circunferenciales del
canal de flujo.
Se sugiere, a su vez, que en el canal de flujo
se encuentran dispuestos, axialmente distanciados, varios elementos
de medición. De este modo, pueden ser detectadas y evaluadas, en
forma ventajosa, modificaciones axiales de la dirección de flujo.
También pueden ser utilizados varios elementos de medición de
diferentes formas para obtener las informaciones deseadas sobre el
curso del flujo. De este modo, pueden combinarse, por ejemplo,
elementos de medición en forma de barra con elementos de medición
dispuestos en el canal de medición a lo largo de una línea
circular. Se sugiere, en particular, que los elementos de medición
sean operados según el método conforme a la invención.
Ejemplos preferentes de ejecución de la presente
invención, pero de ningún modo ejemplos restrictivos, se explican a
continuación mediante los dibujos. Para mayor claridad, los dibujos
no se encuentran realizados a escala, y ciertos aspectos se
representan en forma esquemática. Las figuras muestran:
Figura 1: una vista lateral del elemento de
medición del dispositivo conforme a la invención en una ejecución en
forma de barra con una ficha de conexión en un extremo,
Figura 2: un corte a través de una conformación
de un elemento de medición con una resistencia calentadora, así como
con dos guías de onda ópticas dispuestas en forma paralela.
Figura 3: un corte a través de una conformación
de un elemento de medición con dos resistencias calentadoras, así
como con dos guías de onda ópticas dispuestas en forma paralela.
Figura 4: un corte a través de una conformación
de un elemento de medición con una resistencia calentadora, así como
con cuatro guías de onda ópticas dispuestas en forma paralela.
Figura 5: un corte a través de otra conformación
de un elemento de medición con una resistencia calentadora, la cual
rodea dos guías de onda ópticas.
Figura 6: un corte a través de una conformación
de un elemento de medición con dos guías de onda ópticas dispuestas
en forma paralela, las cuales rodean a una resistencia
calentadora.
Figura 7: un corte a través de otra conformación
de un elemento de medición con dos guías de onda ópticas con una
resistencia calentadora colocada directamente sobre la superficie de
dos guías de onda ópticas, las cuales se tocan.
Figura 8: un esquema de principio de una forma
de ejecución del dispositivo de medición de flujo conforme a la
invención con el elemento de medición conforme a la figura 2.
Figura 9: un esquema de principio de una forma
de ejecución del dispositivo de medición de flujo conforme a la
invención con el elemento de medición conforme a la figura 3.
Figura 10: un esquema de principio de una forma
de ejecución del dispositivo de medición de flujo conforme a la
invención con el elemento de medición conforme a la figura 4.
Figura 11: un esquema de principio de una forma
de ejecución del dispositivo de medición de flujo conforme a la
invención con el elemento de medición conforme a la figura 6.
Figura 12: un esquema de principio de una forma
de ejecución del dispositivo de medición de flujo conforme a la
invención con el elemento de medición conforme a la figura 5 ó
7.
Figura 13: un corte transversal de un canal de
flujo de un equipo de refrigeración con un elemento de medición del
dispositivo de medición de flujo conforme a la invención.
Figura 14: un corte a través de un generador con
varios elementos de medición del dispositivo de medición de flujo
conforme a la invención.
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La figura 1 muestra una vista lateral de un
elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31 del dispositivo de
medición de flujo conforme a la invención con una conexión 15
colocada en un extremo del elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó
31 para la conexión del elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31 a
una unidad de control 20 y a una unidad de evaluación 23 (véanse
las figuras 8 a 12 y la figura 14). El elemento de medición 1a, 1b,
1c, 2, 3 ó 31 se encuentra conformado en forma de barra. El elemento
de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31, además, puede estar realizado en
forma elástica, de modo que la forma geométrica puede adecuarse a
las exigencias predeterminadas.
En las figuras 2 a 13 se agrega,
respectivamente, un sistema de coordenadas 80 con un eje x, y, z
para una mejor visibilidad. A los fines de una simplificación, y no
en forma restrictiva, se supone que el fluido 22 a analizar fluye
en la dirección x. El flujo 22, el cual fluye en la dirección x, es
señalado mediante una flecha, la cual indica la dirección x. El
flujo 22, el cual fluye en la dirección x y alcanza el elemento de
medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31, el cual se extiende en la dirección
y, fluye en torno al elemento de medición. El flujo del fluido
consiste particularmente en un flujo turbulento. Se regulan
diferentes velocidades de flujo sobre la superficie 9 del elemento
de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31. La longitud de la flecha
representa a cuánto asciende la velocidad del fluido en el lugar
que se encuentra dibujado. Mientras que las velocidades
correspondientes a aquella parte de la superficie de medición 9, la
cual se encuentra orientada en forma opuesta a la dirección de
flujo, son las más elevadas, las que corresponden a aquella parte de
la superficie de medición 9, la cual se encuentra orientada hacia
la dirección de flujo, son las más reducidas. El transporte de calor
a través de la superficie del elemento de medición 9 tiene lugar de
modo heterogéneo en función de la temperatura local de flujo. De
este modo, el transporte de calor en aquella parte de la superficie
del elemento de medición 9, la cual se encuentra orientada
esencialmente en forma opuesta a la dirección de flujo, es mayor que
en aquella parte de la superficie del elemento de medición 9, la
cual se orienta hacia la dirección de flujo. Si el elemento de
medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31 presenta al menos una resistencia
calentadora 5 en el centro de la superficie transversal del
elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31, como mínimo con respecto
a su corte transversal en un equilibrio térmico, mientras que se le
aplica calor mediante al menos una resistencia calentadora 5, 6 ó
7, una guía de onda óptica 4a dispuesta en o cerca de aquella parte
de la superficie 9 del elemento de medición, la cual se encuentra
orientada esencialmente en forma opuesta a la dirección de flujo,
presentará una temperatura inferior a la que presenta una guía de
onda óptica 4b dispuesta en o cerca de aquella parte de la
superficie 9 del elemento de medición, la cual se encuentra
orientada esencialmente hacia la dirección de flujo. La guía de
onda óptica 4a dispuesta en o cerca de aquella parte de la
superficie 9 del elemento de medición, la cual se encuentra
orientada esencialmente en forma opuesta a la dirección de flujo se
encuentra expuesta a un flujo menor de calor 10a desde la dirección
de la menos una resistencia calentadora 5, 6 ó 7 que la guía de
onda óptica 4b, la cual se encuentra posicionada en o cerca de la
parte de la superficie 9 del elemento de medición, la cual se
encuentra orientada esencialmente hacia la dirección de flujo. El
flujo de calor añadido a esta guía de onda óptica 4b presenta el
número de referencia 10b. Las flechas indicadoras que parten de al
menos una resistencia calentadora 5, 6 ó 7 en dirección de la
respectiva guía de onda óptica 4a, 4b hacen referencia al
correspondiente flujo de calor 10a, 10b, cuya cantidad se representa
en las respectivas longitudes de las flechas.
Las figuras 2, 3 y 4 muestran tres
conformaciones de un elemento de medición 1a, 1b, así como 1c, del
dispositivo de medición de flujo conforme a la invención. Conforme
al ejemplo de ejecución en la figura 2, el elemento de medición 1a
contiene dos guías de onda ópticas 4a, 4b y una resistencia
calentadora 5 dispuesta entre medio, encajada en un material
cerámico. Conforme al ejemplo de ejecución en la figura 3, el
elemento de medición 1b contiene dos guías de onda ópticas 4a, 4b y
dos resistencias calentadoras 5 dispuestas entre medio, encajadas
en un material cerámico. En las respectivas figuras 2 y 3, una guía
de onda óptica 4a se encuentra dispuesta en o en proximidad de la
parte de la superficie 9 del elemento de medición, la cual se
encuentra orientada esencialmente en forma opuesta a la dirección
de flujo, mientras que la otra guía de onda óptica 4b se encuentra
posicionada en o cerca de la parte de la superficie 9 del elemento
de medición, la cual se encuentra orientada esencialmente hacia la
dirección de flujo. La resistencia calentadora 5 en la figura 2 y
ambas resistencias calentadoras 5 en la figura 3 se encuentran
dispuestas de modo tal sobre un eje simétrico 30 del elemento de
medición 1a así como 1b, el cual representa simultáneamente los ejes
de simetría con respecto a ambas guías de onda ópticas 4a, 4b, que
sus respectivas distancias corresponden unas con otras con respecto
a ambas guías de onda ópticas 4a, 4b. Conforme al ejemplo de
ejecución en la figura 4, el elemento de medición 1c contiene
cuatro guías de onda ópticas 4a, 4b y una resistencia calentadora 5
dispuesta entre medio, encajada en un material cerámico. Las cuatro
guías de onda ópticas 4a, 4b se encuentran dispuestas de a pares en
proximidad de la parte de la superficie 9 del elemento de medición,
la cual se encuentra orientada esencialmente en forma opuesta a la
dirección de flujo, así como en o en proximidad de la parte de la
superficie 9 del elemento de medición, la cual se encuentra
orientada esencialmente hacia la dirección de flujo. La resistencia
calentadora 5 se encuentra dispuesta de modo tal sobre un eje
simétrico 30 del elemento de medición 1c, el cual representa
simultáneamente los ejes de simetría con respecto al par de guías de
onda ópticas 4a, 4b, que sus respectivas distancias corresponden
unas con otras con respecto a las respectivas guías de onda ópticas
4a, 4b. Las guías de onda ópticas 4a, 4b son, por ejemplo, fibras
plásticas o de vidrio. Al menos una resistencia calentadora 5 y las
guías de onda ópticas 4a, 4b se encuentran encajadas en un cuerpo
especialmente cilíndrico 16 compuesto por material cerámico, el
cual, por su parte, se encuentra rodeado por una envoltura 8 de
pasivación. La resistencia calentadora (véanse las figuras 2 y 4),
así como ambas resistencias calentadoras 5 (véase la figura 3) se
encuentran, por ejemplo, conformadas como filamentos calentadores.
La envoltura 8, en una forma de ejecución, puede encontrarse además
conformada en metal, como eléctricamente conductora (véanse las
figuras 8 y 10).
La figura 5 muestra otra conformación de un
elemento de medición del dispositivo de medición de flujo conforme
a la invención con dos guías de onda ópticas 4a, 4b, las cuales se
encuentran rodeadas por un cuerpo especialmente cilíndrico 16
compuesto por material cerámico. Una guía de onda óptica 4a se
encuentra dispuesta en o en proximidad de aquella parte de la
superficie 9 del elemento de medición, la cual se encuentra
orientada esencialmente en forma opuesta a la dirección de flujo,
mientras que la otra guía de onda óptica 4b se encuentra posicionada
en o cerca de aquella parte de la superficie 9 del elemento de
medición, la cual se encuentra orientada esencialmente hacia la
dirección de flujo. Alrededor del cuerpo cerámico 16, una
resistencia calentadora 6 se encuentra dispuesta de modo tal, que
rodea al elemento de medición 2. En particular, la resistencia
calentadora 6 conforma al mismo tiempo una envoltura 8 en forma de
vaina del elemento de medición 2.
La figura 6 representa otra conformación de un
elemento de medición 31 del dispositivo de medición de flujo
conforme a la invención con dos guías de onda ópticas 4a, 4b. Cada
guía de onda óptica 4a, 4b se encuentra rodeada por una resistencia
calentadora correspondiente 6a, 6b ó 7a, 7b en forma de una vaina
6a, 6b o un revestimiento 7a, 7b. Las resistencias calentadoras 6a,
6b ó 7a, 7b se encuentran a su vez rodeadas por un cuerpo
especialmente cilíndrico 16 compuesto por material cerámico. Una
guía de onda óptica 4a, con una resistencia calentadora 6a ó 7a
añadida, se encuentra dispuesta en o en proximidad de aquella parte
de la superficie 9 del elemento de medición, la cual se encuentra
orientada esencialmente en forma opuesta a la dirección de flujo,
mientras que la otra guía de onda óptica 4b, con una resistencia
calentadora 6b ó 7b añadida, se encuentra posicionada en o en
proximidad de aquella parte de la superficie 9 del elemento de
medición, la cual se encuentra orientada esencialmente hacia la
dirección de flujo. El cuerpo cerámico 16 en sí mismo es rodeado a
su vez por una envoltura 8 de pasivación del elemento de
medición 31.
medición 31.
En la figura 7 se representa un corte a través
de un elemento de medición 3 del dispositivo de medición de flujo
conforme a la invención, con lo cual, dos guías de onda ópticas 4a,
4b, las cuales se ubican una junto a la otra, se encuentran
atenuadas con una capa de metal 7a, 7b, la cual, al mismo tiempo,
representa una resistencia calentadora 7 del elemento de medición
3. La capa de metal 7 conforma una envoltura en común 8 de las
guías de onda ópticas 4a, 4b. Esta conformación se caracteriza por
una elasticidad, de modo tal que el elemento de medición 3 puede
ser adaptado, conforme a la necesidad, en su extensión espacial.
Además, el elemento de medición 3 se caracteriza por un método de
producción particularmente sencillo, en el cual el par de guías de
onda ópticas 4a, 4b, en un proceso de revestimiento convencional de
modo conocido, son revestidas con un material eléctricamente
conductor adecuado. La conformación se caracteriza, además, por
presentar una capacidad de calor particularmente reducida, en
comparación con los ejemplos de ejecución del elemento de medición
1a, 1b, 1c, 2 ó 31 conforme a las figuras 1 a 16 y, de este modo,
reacciona a proporciones de flujo variables.
Las resistencias calentadoras 5, 6 y 7
utilizadas en las conformaciones mencionadas anteriormente se
encuentran conformadas, preferentemente, en metal o en una aleación
de metales. En función de la exigencia física o química, puede
emplearse, por ejemplo, acero, cobre, aluminio, bronce, constantán o
similares. Para aplicaciones a temperaturas elevadas, por ejemplo,
en el canal de flujo de una turbina de gas, se prefiere un
revestimiento con un metal como wolframio o similares. Para
aplicaciones a bajas temperaturas en un entorno químicamente
agresivo, pueden emplearse también, por ejemplo, polímeros
conductores. En los ejemplos de ejecución aquí representados, el
material de las resistencias calentadoras 5, 6 y 7 presenta
respectivamente una resistencia eléctrica constante.
Particularmente en la zona de temperatura de funcionamiento, la
resistencia es ampliamente independiente de la temperatura. Una
aplicación de la resistencia calentadora 5, 6 y 7 con un flujo
constante, así como con una corriente alterna con valor eficaz
constante conduce, de este modo, a un suministro de potencia
regular sobre la longitud de las resistencias calentadoras 5, 6 y 7,
de manera que se le aplica regularmente calor a la respectiva
resistencia calentadora 5, 6 y 7 sobre la extensión longitudinal del
respectivo elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31.
Las figuras 8 a 12 muestran ejemplos de
ejecución del dispositivo de medición de flujo conforme a la
invención en esquemas de principio. El dispositivo de medición de
flujo en la figura 8 comprende al elemento de medición 1a conforme
a la figura 2, el dispositivo de medición de flujo en la figura 9
comprende al elemento de medición 1b conforme a la figura 3, el
dispositivo de medición de flujo en la figura 10 comprende al
elemento de medición 1c conforme a la figura 4, el dispositivo de
medición de flujo en la figura 11 comprende al elemento de medición
31 conforme a la figura 6 y el dispositivo de medición de flujo en
la figura 12 comprende al elemento de medición 2 ó 3 conforme a la
figura 5, así como a la figura 7. Todos los ejemplos de ejecución
mencionados del dispositivo de medición de flujo conforme a la
invención presentan además una unidad de control 20 y una unidad de
evaluación 23. El respectivo elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó
31 se extiende en su eje longitudinal en dirección y. El elemento de
medición 2 ó 3 del dispositivo de medición de flujo conforme a la
figura 12 se encuentra unido eléctricamente, en su respectivo
extremo con su resistencia calentadora 6 ó 7, a la unidad de
control 20, y en uno de ambos extremos, se encuentra unido
ópticamente a la unidad de evaluación 23. En este caso, ambas guías
de onda ópticas 4a, 4b en común se encuentran unidas, mediante una
respectiva fibra de conexión 25a, 25b a la unidad de evaluación 23.
El elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31 del dispositivo de
medición de flujo conforme a las figuras 8 a 11, en un extremo, se
encuentra unido eléctricamente a la unidad de control 20 y
ópticamente a la unidad de evaluación 23, mientras que el otro
extremo del elemento de medición 1 se encuentra libremente
disponible. Con esto, puede llevarse a cabo un montaje y/o una
manipulación particularmente sencilla del elemento de medición 1a,
1b, 1c ó 31. Una de las guías de onda ópticas 4a, 4b del elemento
de medición 1a, 1b, 1c ó 31 se encuentra unido a la unidad de
evaluación 23 mediante una fibra óptica de conexión 25, con lo cual,
las guías de onda ópticas 4a, 4b se encuentran unidas en serie una
con la otra. Las guías de onda ópticas 4a, 4b por separado pueden
también, en forma análoga a la figura 12, estar unidas
individualmente a la unidad de evaluación 23, sin que exista una
unión entre ellas.
La unidad de evaluación 20 presenta una fuente
eléctrica de energía 21. La fuente eléctrica de energía 21, la cual
presenta dos conexiones, conforme a los ejemplos de ejecución, se
encuentra unida de tal modo con las resistencias calentadoras 5, 6
ó 7, que a la resistencia calentadora 5, 6 ó 7 se le aplica potencia
eléctrica y se genera calor. La fuente eléctrica de energía 21 es,
particularmente, una fuente de corriente, mediante la cual puede
predeterminarse una corriente continua constante.
El elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31 es
rodeado por el fluido 22, con lo cual, el flujo del fluido puede
presentar, a lo largo de la extensión longitudinal del elemento de
medición 1a, 1b, 1c ó 31, una velocidad de flujo variable, señalada
a través de flechas de diferente longitud. La dirección de flujo del
fluido 22 se presenta en dirección x a los fines de una
simplificación, tal como se indicó anteriormente. Para una medición
de la dirección de flujo del fluido 22, se le aplica potencia
eléctrica a la resistencia calentadora 5, 6 ó 7 del elemento de
medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31, de manera que ésta es calentada. El
proceso de calentamiento debe durar como mínimo hasta que se regule
un equilibrio térmico en el elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó
31. Sin embargo, puede ser escogido también un proceso más
breve.
Mediante la unidad de evaluación 23, la cual
presenta una fuente de luz, un detector y un medio de análisis, es
inyectada luz en las guías de onda ópticas 4a, 4b del elemento de
medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31en forma de una haz de láser continuo
o en forma de impulsos de láser, mediante la fibra óptica de
conexión 25 y es analizada luz nuevamente dispersa con el medio de
análisis. Para la medición se aprovecha el efecto, el cual se
refiere a que una onda electromagnética, la cual es inyectada en una
guía de onda óptica 4a, 4b, es dispersada a través de las guías de
onda ópticas 4a, 4b durante el funcionamiento. Una parte de la luz
dispersa es dispersada en la dirección contraria, de modo que puede
ser detectada en la entrada de la guía de onda óptica 4a, 4b. A
través de la dependencia de temperatura de este efecto de dispersión
puede obtenerse como conclusión la temperatura de la guía de onda
óptica 4a, 4b. La señal de luz nuevamente dispersa se compone de
diferentes componentes, los cuales son apropiados de diferente
modo, con respecto a los requisitos de medición. A modo de ejemplo,
la señal de luz nuevamente dispersa contiene una proporción bajo el
efecto de dispersión Raman. Con la tecnología de las redes de Bragg
puede alcanzarse, en comparación con la parte bajo el efecto de
dispersión Raman, una elevada resolución local, la cual se
prefiere, particularmente, para el empleo de la medición de
temperaturas en máquinas.
La luz láser es generada, de modo conocido, con
aparatos del estado de la técnica. En función de la temperatura,
una parte de la luz láser es dispersada nuevamente en las guías de
onda ópticas 4a, 4b de las redes de Bragg 13. Esta señal de luz
nuevamente dispersa es suministrada mediante la fibra óptica de
conexión 25 de la unidad de evaluación 23, la cual detecta, de este
modo, la temperatura en el lugar de la red de Bragg 13 en la guía de
onda óptica 4.
Mediante la unidad de evaluación 23 son
detectadas, dentro del elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31,
las temperaturas correspondientes adjudicadas a las guías de onda
ópticas 4a, 4b por separado. En función de la posición relativa de
las respectivas guías de onda ópticas 4a, 4b se regulan, en un
fluido 22 que fluye con un flujo orientado, diferentes temperaturas
en el lugar de las guías de onda ópticas 4a, 4b en el elemento de
medición 1, 2 ó 3. Mediante la unidad de evaluación 23 son
comparadas unas con otras las diferentes temperaturas, por ejemplo,
a través de la consideración de las diferencias en una unidad de
cálculo añadida a la unidad de evaluación 23, determinándose así la
dirección de flujo del fluido 22.
Si el elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31
presenta varias redes de Bragg 13 a lo largo de la guía de onda
óptica, tal como se indica en los ejemplos de ejecución en la figura
8 hasta la figura 12, la velocidad de flujo con la distribución de
la velocidad de flujo del fluido 22, puede ser determinada a partir
de la distribución de temperatura a lo largo del elemento de
medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31.
En el ejemplo de ejecución del dispositivo de
medición de flujo conforme a la invención conforme a la figura 8,
el elemento de medición 1a presenta, por ejemplo, una resistencia
calentadora 5 conformada como filamento calentador. La fuente de
energía 21 se encuentra unida a la resistencia calentadora 5
mediante una conexión y, mediante otra conexión, unida a la
envoltura eléctricamente conductora 8 del elemento de medición 1a.
La resistencia calentadora 5 se encuentra, de este modo, en el
extremo opuesto del elemento de medición 1a, unida a la envoltura
eléctricamente conductora 8.
En el ejemplo de ejecución del dispositivo de
medición de flujo conforme a la invención, de acuerdo a la figura
9, el elemento de medición 1b presenta, a modo de ejemplo, dos
resistencias calentadoras 5 conformadas como filamentos
calentadores, con lo cual, ambos filamentos calentadores se
encuentran integrados, en un extremo del elemento de medición 1b,
con un conductor de conexión eléctrico. En el otro extremo del
elemento de medición 1b se encuentra unido uno de los dos
filamentos calentadores 5 a una conexión de la fuente de energía 21
y el otro filamento calentador 5 a la otra conexión de la fuente de
energía 21. Del mismo modo, en un extremo del elemento de medición
1b se encuentran unidas una a la otra, mediante una fibra óptica de
conexión, ambas guías de onda ópticas 4a, 4b, las cuales se
desplazan en forma paralela, mientras que en el otro extremo del
elemento de medición 1a sólo una de ambas guías de onda ópticas 4a,
4b se encuentra conectada a la unidad de evaluación mediante una
fibra óptica de conexión 25.
En el ejemplo de ejecución del dispositivo de
medición conforme a la invención de acuerdo a la figura 10, el
elemento de medición 1 presenta en total cuatro guías de onda
ópticas 4a, 4b. Entre las guías de onda ópticas se encuentra
dispuesta una resistencia calentadora 5 conformada como un filamento
calentador. La fuente de energía 21 se encuentra unida mediante una
conexión, a la resistencia calentadora 5 y, mediante la otra
conexión a la envoltura eléctricamente conductora 8 del elemento de
medición 1c. La resistencia calentadora 5 se encuentra, asimismo,
en el extremo opuesto del elemento de medición 1c, unida a la
envoltura eléctricamente conductora 8. Las cuatro guías de onda
ópticas 4a, 4b se encuentran unidas en serie unas a con otras,
mediante fibra óptica de conexión a los elementos de medición, de
modo que sólo una de las guías de onda ópticas 4a, 4b se encuentra
conectada directamente a la unidad de evaluación 23. El empleo de
elementos de medición 1c semejantes, con numerosas guías de onda
ópticas 4a, 4b, las cuales, por ejemplo se encuentran dispuestas en
forma circular alrededor de la resistencia calentadora 5, dispuesta
en el centro del corte transversal del elemento de medición 1c,
posibilita una determinación aún más exacta de la dirección de flujo
del fluido 22.
En el ejemplo de ejecución del dispositivo de
medición conforme a la invención de acuerdo a la figura 11, el
elemento de medición 31 presenta dos resistencias calentadoras 5
paralelas, por ejemplo, conformadas como vainas eléctricamente
conductoras o revestimientos, las cuales pueden integrarse en un
extremo del elemento de medición 31. En el otro extremo del
elemento de medición 31, una de las dos resistencias calentadoras 5
se encuentra unida a una conexión de la fuente de energía 21, y la
otra resistencia calentadora 5 a la otra conexión de la fuente de
energía 21. Del mismo modo, en un extremo del elemento de medición
1b, ambas guías de onda ópticas 4a, 4b, las cuales se extienden en
forma paralela, se encuentran conectadas a la unidad de evaluación
23, mediante una fibra óptica de conexión 25.
Puede también pensarse, en forma análoga a la
figura 8 y a la figura 10, unir en un extremo, en forma conjunta,
ambas resistencias calentadoras 5 de las figuras 9 y 11, a la
envoltura 8, la cual en este caso se encuentra realizada como
eléctricamente conductora, de modo que la fuente de energía 21 puede
conectarse igualmente, en el otro extremo del elemento de medición
1b, así como 31, a la envoltura 8. En este ejemplo de conformación,
el cual no se encuentra representado, ambas resistencias
calentadoras 5 deben poder conectarse juntas con una conexión, es
decir, con la misma conexión de la fuente de energía 21.
En el ejemplo de ejecución del dispositivo de
medición de flujo conforme a la invención de acuerdo a la figura
12, una conexión de la fuente de energía 21 se encuentra unida, en
un extremo del elemento de medición 2 ó 3, a la resistencia
calentadora 6 ó 7 conformada como una vaina eléctricamente
conductora 8 (figura 5) o como un revestimiento eléctricamente
conductor (figura 7). La segunda conexión de la fuente de energía 21
se encuentra unida a la resistencia calentadora 6 ó 7 en el otro
extremo del elemento de medición 2 ó 3, mediante una potencia
eléctrica.
La figura 9 muestra un corte transversal
circular de un canal de flujo 14, a través del cual fluye un fluido
22 en dirección x. El canal de flujo 14 se encuentra provisto de,
por ejemplo, dos elementos de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31,
dispuestos en forma radial con respecto al corte transversal del
canal de flujo. Ambos elementos de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31
se encuentran unidos a la unidad de control 20 mediante un
interconector 26, y a la unidad de evaluación 23 mediante una fibra
óptica de conexión 25.
En la figura 10 se representa esquemáticamente
un generador como máquina eléctrica. El generador presenta un
estator fijo 19 unido firmemente a una carcasa 28 y un rotor 18
montado en forma móvil sobre un eje del rotor 17. El generador es
refrigerado mediante un equipo de refrigeración, por ejemplo con
aire como fluido 22 refrigerante. El equipo de refrigeración
presenta dos ventiladores 27, los cuales conducen el aire
refrigerado 22 a través del generador mediante un sistema de
conducción. El sistema de conducción presenta numerosos canales de
flujo, especialmente también en el estator 19. El aire refrigerado
22, en el ejemplo de ejecución representado, es conducido desde el
exterior hacia el interior en dirección del rotor 18 a través del
estator 19, y es transportado nuevamente hacia el exterior a través
una hendidura dispuesta entre el estator 19 y el rotor18. Si
embargo, el aire 22 puede ser absorbido simultáneamente por el
rotor del generador y ser empujado hacia el exterior en la
dirección contraria a través del estator 19. Cuando ambos flujos de
aire se superponen desfavorablemente se produce un detenimiento de
flujo dentro del sistema de conducción y, con ello, dado el caso, un
sobrecalentamiento local y la generación de daños en el generador.
Para evitar esto, se controla la dirección de flujo en los canales
de flujo mediante el dispositivo de medición de flujo conforme a la
invención. En este ejemplo de ejecución, dos canales de flujo, en
dos puntos del generador, por ejemplo, se encuentran provistos
respectivamente de un elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31
del dispositivo de medición de flujo conforme a la invención. Ambos
elementos de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31 se encuentran unidos a
la unidad de control 20 y a la unidad de evaluación 23
correspondientes. En el caso de irregularidades en el flujo de aire
refrigerado se presenta la posibilidad de reaccionar a tiempo y de
introducir medidas de protección adecuadas.
El empleo del dispositivo de medición de flujo
conforme a la invención en un generador refrigerado mediante aire
sirve aquí sólo como ejemplo. También es posible utilizar el
dispositivo de medición de flujo conforme a la invención en
máquinas eléctricas, las cuales pueden ser refrigeradas mediante gas
hidrógeno, un gas noble o cualquier otro gas como fluido 22. Como
fluido 22 puede también preverse un líquido refrigerante como agua o
también, en el caso de una refrigeración criógena, un gas noble
líquido o nitrógeno líquido.
El dispositivo de medición de flujo conforme a
la invención puede ser utilizado también en una turbina, por
ejemplo, en una turbina de vapor o de gas. De este modo, mediante el
dispositivo de medición de flujo conforme a la invención, pueden
medirse direcciones de flujo, en particular en zonas de flujo
turbulentas en el sistema añadido de aire refrigerado, en el
compresor añadido, en el escape del compresor añadido y/o en el
flujo de gas de combustión correspondiente.
Los ejemplos de ejecución representados en las
figuras sólo sirven como explicación para la presente invención y
no se limitan a ellos. De este modo, puede variar, en particular la
forma del elemento de medición 1a, 1b, 1c, 2, 3 ó 31, en particular
su conformación geométrica, sin abandonar el área de protección de
la invención. Asimismo, pueden ser también conectados varios
elementos para poder analizar con mayor exactitud determinadas
variaciones de la dirección de flujo.
Claims (21)
1. Dispositivo de medición de flujo para la
determinación de una dirección de flujo de un fluido (22), el cual
presenta
- -
- un elemento de medición (1a, 1b, 1c, 2, 3, 31), alrededor del cual puede fluir un fluido (22), con al menos dos guías de onda ópticas (4a, 4b), las cuales comprenden respectivamente al menos una red de Bragg (13a, 13b) y al menos una resistencia calentadora (5, 6, 7) eléctrica dispuesta en forma contigua a una de las guías de onda ópticas, con lo cual,
- -
- puede aplicarse calor, respectivamente, a las guías de onda ópticas (4a, 4b) mediante un flujo de calor (10a, 10b), el cual es dirigido por al menos una resistencia calentadora (5, 6, 7).
- -
- al menos una proporción de las direcciones de los flujos de calor (10a, 10b) se encuentra en una dirección opuesta.
- -
- los flujos de calor individuales (10a, 10b) se encuentran correlacionados en alto grado, de forma diferente, con la dirección del flujo del fluido (22), y
- -
- al menos una onda electromagnética, la cual puede inyectarse a las guías de onda ópticas (4a, 4b), correspondiente a la respectiva temperatura de las guías de onda ópticas (4a, 4b) puede ser influenciada en la ubicación de al menos dos redes de Bragg (13a, 13b).
- -
- una unidad de control, con la cual se puede aplicar potencia eléctrica a por lo menos una resistencia calentadora (5, 6, 7), y
- -
- una unidad de evaluación (23), con la cual es posible la evaluación de la influencia de temperatura, originada por los flujos de calor individuales, de al menos una onda electromagnética y con la cual puede determinarse la dirección de flujo del fluido (22).
2. Dispositivo de medición de flujo conforme a
la reivindicación 1, caracterizado porque, el elemento de
medición (1a, 1b, 1c, 2, 3, 31) se encuentra conformado como una
barra.
3. Dispositivo de medición de flujo conforme a
la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque, el elemento de
medición (1a, 1b, 1c, 2, 3, 31) es elástico.
4. Dispositivo de medición de flujo conforme a
una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, al
menos una resistencia calentadora (5, 6, 7) está realizada en
metal.
5. Dispositivo de medición de flujo conforme a
una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, al
menos una resistencia calentadora (7) se encuentra formada por un
revestimiento conductor eléctrico en común de las guías de onda
ópticas (4a, 4b), con lo cual las guías de onda ópticas se
encuentran en contacto en la dirección longitudinal.
6. Dispositivo de medición de flujo conforme a
una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, al
menos una resistencia calentadora (5, 6, 7) presenta una resistencia
eléctrica específica constante.
7. Dispositivo de medición de flujo conforme a
la reivindicación 6, caracterizado porque, la resistencia
específica es ampliamente dependiente de la temperatura en la zona
de temperatura de funcionamiento.
8. Dispositivo de medición de flujo conforme a
una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por una
envoltura (8) del elemento de medición (1a, 1b, 1c, 2, 3, 31).
9. Dispositivo de medición de flujo conforme a
la reivindicación 8, caracterizado porque, la envoltura (8)
se encuentra compuesta por un material cerámico.
10. Dispositivo de medición de flujo conforme a
la reivindicación 8, caracterizado porque, la envoltura (8)
se encuentra formada por una vaina metálica.
11. Dispositivo de medición de flujo conforme a
la reivindicación 10, caracterizado porque, la envoltura (8)
presenta al mismo tiempo por lo menos una resistencia calentadora
(6, 7).
12. Método de determinación de una dirección de
flujo de un fluido (22) con un dispositivo de medición de flujo, con
lo cual
- -
- al menos una onda electromagnética es inyectada en al menos dos guías de onda ópticas (4a, 4b) de un elemento de medición (1a, 1b, 1c, 2, 3, 31) rodeado por el fluido (22), con lo cual, las guías de onda ópticas (4a, 4b) comprenden, respectivamente, al menos una red de Bragg (13a, 13b),
- -
- le es suministrada potencia eléctrica a por lo menos una resistencia calentadora (5, 6, 7) del elemento de medición (1a, 1b, 1c, 2, 3, 31) de modo tal que
- -
- se aplica calor a las guías de onda ópticas (4a, 4b) mediante las resistencias calentadoras (5, 6, 7) y
- -
- por lo menos una onda electromagnética en función de la diferente temperatura local es en alto grado influenciada de diferente modo, en por lo menos dos guías de onda ópticas (4a, 4b) en la ubicación de al menos una respectiva red de Bragg (13a, 13b).
- -
- las diferentes influencias de por lo menos una onda electromagnética son determinadas y, de acuerdo a ello, la dirección de flujo del fluido (22) es determinada perpendicularmente con respecto a la extensión longitudinal del elemento de medición (1a, 1b, 1c, 2, 3, 31).
13. Método conforme a la reivindicación 11 ó 12,
caracterizado porque al menos una onda electromagnética se
encuentra formada por al menos un impulso electromagnético.
14. Método conforme a la reivindicación 11 a 13,
caracterizado porque, el elemento de medición (1a, 1b, 1c, 2,
3, 31) es calentado en su extensión longitudinal por al menos una
resistencia calentadora (5, 6, 7).
15. Método conforme a la reivindicación 11 a 14,
caracterizado porque, a por lo menos una resistencia
calentadora (5, 6, 7) se le aplica una potencia eléctrica
constante.
16. Método conforme a una de las
reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque, son llevadas
a cabo varias mediciones con diferentes aplicaciones de
potencia.
17. Método conforme a una de las
reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque, como fluido
(22) es utilizado un gas o un líquido para la refrigeración de una
máquina eléctrica (9), en particular de un generador de un
motor.
18. Máquina eléctrica con
- -
- un rotor (18) montado en forma giratoria
- -
- un estator fijo (19), agregado en una carcasa de la máquina (28)
- -
- un equipo de refrigeración de piezas mediante un fluido (22) dentro de la carcasa de la máquina (28), con lo cual, el equipo de refrigeración (27, 14) contiene un sistema de conducción, y
- -
- un dispositivo de medición de flujo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11, con lo cual se prevé un elemento de medición (1a, 1b, 1c, 2, 3, 31) del dispositivo de medición de flujo, dispuesto en un canal de flujo (14) del sistema de conducción, para la medición de la dirección de flujo del fluido (22) en el canal de flujo (14).
19. Máquina eléctrica conforme a le
reivindicación 18, caracterizada porque, el elemento de
medición (1a, 1b, 1c, 2,3, 31) se encuentra dispuesto en forma
radial con respecto al corte transversal del canal de flujo
(14).
20. Máquina eléctrica conforme a una de las
reivindicaciones 18 a 19, caracterizada porque, se encuentran
dispuestos, axialmente distanciados, varios elementos de medición
(1a, 1b, 1c, 2, 3, 31) en el canal de flujo (14).
21. Método conforme a una de las
reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque, la dirección
de flujo de un fluido (22) en un sistema de conducción de
refrigeración de una máquina eléctrica es determinada conforme a una
de las reivindicaciones 18 a 20.
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