ES2948286T3 - Caudalímetro y canal de medición - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un caudalímetro con al menos dos sensores de medición separados entre sí, preferentemente sensores ultrasónicos, en el que la entrada y salida de las señales de medición dentro o fuera de un fluido se realiza a través de una pieza de acoplamiento que está insertada en una pared circunferencial de un canal de medición producido mediante hidroformado. Alternativamente, el acoplamiento de entrada y salida de las señales de medición también puede realizarse a través de una pared del canal de medición. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Caudalímetro y canal de medición
La invención se refiere a un caudalímetro para medir el caudal de fluidos en una tubería o similar según el término genérico de la reivindicación 1, así como a un canal de medición adecuado.
Se conocen soluciones con un inserto de medición en el que se alojan transductores ultrasónicos. Este inserto de medición se inserta en un rebaje de una sección de tubería/canal de medición, por lo que el canal de medición real también puede formar parte de este inserto de medición.
Una solución de este tipo se describe, por ejemplo, en el documento DE 101 20 355 A1, en el que los dos transductores ultrasónicos están dispuestos a una distancia entre sí en la dirección del flujo y en lados opuestos del canal de medición.
El documento EP 2306 160 A1 describe un caudalímetro/contador de caudal en el que el inserto de medición aloja los transductores ultrasónicos y forma el canal de medición propiamente dicho. En este caso, un cuerpo perfilado que forma el canal de medición se inserta a través de un rebaje en la sección de la tubería rodeado por una brida, que influye en el flujo dentro del rango de medición y en el que también se proporcionan reflectores para las señales de medición.
En el documento EP 2386836 B1 se muestra una solución similar. El guiado del flujo dentro del canal de medición viene determinado por un inserto de la carcasa que puede insertarse desde la parte frontal de la carcasa y que también lleva reflectores para las señales ultrasónicas, de modo que el ultrasonido se emite desde uno de los transductores ultrasónicos y se refleja a través de los reflectores hacia el otro transductor ultrasónico situado, por ejemplo, aguas abajo. Por supuesto, el encaminamiento de la señal también puede realizarse en sentido contrario. En la publicación EP 0890826 B1 se describe un caudalímetro en el que un inserto de medición también está fijado a una brida que discurre tangencialmente en la zona de una sección de tubería de una carcasa.
La desventaja de tales soluciones es que el canal de medición está hecho de materiales que requieren mucho esfuerzo en el proceso de fabricación.
El documento US 9 689 727 B2 muestra un caudalímetro ultrasónico con un tubo de medición cuya sección transversal básica se fabrica mediante aplicación interna de alta presión, es decir, mediante hidroconformado. Tras el hidroconformado, se realizan rebajes en la pared del tubo de medición mediante un proceso de perforación de flujo, en los que se insertan sensores ultrasónicos. El tubo de medición tiene un diámetro nominal mayor en la zona de su entrada y salida que en la zona de los rebajes o de los sensores insertados. Además, el proceso de hidroconformado da lugar a zonas de reflexión curvadas hacia el interior. Este diseño se consigue según el documento US 9689 727 B2 expandiendo el tubo de medición completo durante el hidroconformado. El diámetro nominal del material de partida se elige tan pequeño que las zonas de reflexión orientadas hacia el interior pueden permanecer.
Por el contrario, la invención se basa en la tarea de crear un caudalímetro/contador de caudal y un canal de medición que puedan fabricarse con poco esfuerzo en términos de producción y tecnología de procesos.
Esta tarea se resuelve con respecto a un caudalímetro con las características de la reivindicación 1 y con respecto a un canal de medición con las características de la reivindicación adyacente 11.
Otras formas de realización ventajosas de la invención son objeto de las subreivindicaciones.
En un caudalímetro del tipo descrito al principio, la tarea se resuelve según la invención en que el canal de medición se fabrica mediante hidroconformado.
El proceso de fabricación por hidroconformado garantiza que, independientemente del tamaño requerido del canal de medición, se pueda fabricar un canal de medición de paredes relativamente finas en un solo paso de fabricación. Independientemente de si se trata de un canal de medición para un contador de agua doméstico (a partir de DN15) o de un contador de agua de gran tamaño (hasta DN300), el proceso de fabricación es aplicable. El hidroconformado es concebible para canales de medición con una amplia gama de grosores de pared exterior de tuberías. Los distintos materiales metálicos como materia prima del tubo permiten una amplia gama de variantes y no requieren ningún tratamiento posterior. Otra ventaja frente a los canales de medición moldeados es que se consigue una capa superficial más finamente estructurada, de modo que en la zona del canal de medición pueden producirse menos turbulencias, que mermarían la precisión de la medición. Además, un perfil hidroconformado puede adaptarse a diferentes condiciones, por lo que siempre puede aplicarse el mismo perfil inicial.
En este caso, el canal de medición tiene al menos dos rebajes para recibir un dispositivo de medición. Estos están separados entre sí en la dirección del flujo en un lado del canal de medición. Los rebajes pueden, por ejemplo, diseñarse como orificios alargados e introducirse en el curso del hidroconformado.
Alternativamente, también es posible formar los rebajes en una fase de fabricación posterior, por ejemplo, mediante corte por láser en el perfil hidroconformado.
En una solución alternativa, se omiten los rebajes para alojar un dispositivo de medición, de modo que el dispositivo de medición pasa a través de la pared del canal de medición.
En un ejemplo de realización preferido, el perfil transversal del canal de medición está diseñado con una anchura libre mayor a lo largo de la dirección de flujo que transversalmente a la misma. Al aumentar la dimensión en esta dirección, se incrementa la trayectoria de la señal y, por lo tanto, el tiempo de tránsito de una señal del dispositivo de medición, en comparación con una sección transversal redonda. Esto aumenta la precisión de la medición.
Durante el proceso de hidroconformado, el diámetro del tubo adquiere la forma descrita con anterioridad. Para evitar picos de tensión y, por lo tanto, fracturas en las zonas más deformadas, es decir, las transiciones, éstas se diseñan redondeadas. Esto se aplica a la zona que va desde el tubo redondo hasta el perfil transversal mencionado, así como en la zona de las transiciones entre las paredes laterales largas y estrechas del canal de medición.
El proceso de hidroconformado permite formar el canal de medición en un solo paso. Solo se necesita un tubo como producto semiacabado a partir del cual se fabrica el canal de medición en una sola pieza. El tubo puede ser de sección redonda, rectangular, cuadrada o de cualquier otra forma. Tanto una variante con brida como una sin brida pueden realizarse en un solo paso de fabricación. De acuerdo con la invención, es preferible que las bridas de conexión se formen en un paso de fabricación posterior al hidroconformado.
La brida de conexión se puede formar mediante un tipo de proceso de rebordeado en el propio canal de medición o mediante una fijación posterior, por ejemplo mediante soldadura, contracción o pegado de las bridas de conexión fabricadas por separado al canal de medición.
En otra variante del caudalímetro, el canal de medición está conformado de tal manera que en uno de sus lados se forma preferentemente una protuberancia en forma de tejado, de modo que los rebajes para los sensores están dispuestos en la zona de dos paredes inclinadas de la protuberancia dispuestas oblicuamente entre sí.
En una forma de realización preferida, los sensores están dispuestos en la zona de la protuberancia. Una ventaja particular de esta forma de realización es que los sensores entonces están dispuestos en un ángulo de modo que las señales estén acopladas dentro y fuera del canal de medición en un ángulo correspondiente. Así, además del posicionamiento, también se facilita considerablemente la alineación de los sensores en comparación con un canal de medición recto sin protuberancia.
De acuerdo con la invención, durante el hidroconformado solo se deforma la zona del canal de medición que no está situada en la zona de una entrada y una salida. De este modo se garantiza que estas zonas sigan estando diseñadas como el perfil inicial, por ejemplo como un perfil redondo, y que sólo la sección prevista para ello, entre los sensores, se forme con una altura mayor que la anchura en la dirección de medición/acoplamiento/desacoplamiento, con el fin de mejorar la precisión de medición. De acuerdo con la invención, es preferible que el perfil aproximadamente rectangular esté dispuesto horizontalmente, de modo que la anchura menor discurra en dirección vertical (dirección de la gravedad).
Por consiguiente, según la invención, un canal de medición para un caudalímetro se produce por hidroconformado. Los ejemplos de realización preferidos de la invención se explican con más detalle a continuación con referencia a los dibujos esquemáticos. En ellos:
Figura 1 muestra una estructura básica de un caudalímetro;
Figura 2 muestra un canal de medición en la forma de realización según la invención;
Figura 3 muestra otros ejemplos de realización de canales de medición.
La Figura 1 muestra una sección longitudinal de un caudalímetro 1. En esta ilustración pueden verse dos piezas de acoplamiento 2, 4 con dos sensores 6 y 8. Cada una de ellas se inserta en dos cavidades 10a, 10b. Las superficies de acoplamiento 12 discurren a ras de la pared circunferencial (pared transversal 14 y zonas adyacentes de una pared lateral 16) de un canal de medición 18, que en este ejemplo de realización está formado por una sección de tubo 20. Una parte de una brida 22 forma así la pared transversal 14. Una pared transversal opuesta 24 en este ejemplo de realización está formada por una cavidad 26 abierta hacia el exterior, en la que se inserta un reflector 28. En la Figura 2, se muestra un canal de medición 18, en este caso sin reborde, fabricado por hidroconformado. Los dos rebajes 10a, 10b son claramente visibles. En la esquina superior derecha de la Figura 1, se muestra una sección
transversal del canal de medición, en la que se aprecia que la altura libre h es mayor que la anchura b en la zona de flujo del canal de medición 18.
En el ejemplo de realización representado en la Figura 2, el perfil transversal (arriba a la derecha) se muestra de forma que la altura h discurre en la vertical (dirección de la gravedad), de modo que el perfil rectangular está dispuesto en posición erguida, por así decirlo. En la instalación sobre el terreno, sin embargo, es preferible que el perfil se instale "tumbado", de modo que la anchura menor b se disponga en dirección vertical. Esta posición tumbada de uso ofrece la ventaja de que no puede producirse una acumulación de aire en la zona de los rebajes 10a, lo que conduciría a una medición errónea.
Las transiciones 30a en la zona del canal de medición y las transiciones 30b en la zona de transición del perfil inicial a la zona del canal de medición 18 están diseñadas como redondeos. La pieza en bruto como perfil de salida para cada canal de medición es, por ejemplo, un perfil redondo. En lugar del perfil redondo, también puede utilizarse, por supuesto, otro perfil tubular, por ejemplo, un perfil rectangular o cuadrado u otra forma de sección transversal. Son concebibles todos los materiales hidroconformables, es decir, acero, acero inoxidable, aleaciones especiales, aluminio, cobre, latón o incluso titanio. Mediante el hidroconformado, el perfil inicial, por ejemplo un perfil redondo (tubo) se conforma en la forma del canal de medición 18, por lo que sigue siendo un perfil redondo (perfil inicial) en la zona de la entrada 34 y la salida 36. El canal de medición 18 puede fabricarse con o sin brida 22. Con el hidroconformado se consigue una precisión dimensional muy elevada debido a la muy baja tensión y a la recuperación.
Como se ha explicado con anterioridad, las bridas 22 también pueden formarse mediante un proceso posterior, como un proceso de abocardado. Alternativamente, las bridas también pueden conectarse al canal de medición hidroconformado mediante soldadura, contracción, pegado o de cualquier otra manera.
También es evidente la forma particular del canal de medición 18. Los rebajes 10a, 10b están formados en la zona de una protuberancia 31. Esta protuberancia 31 puede facilitar significativamente el posicionamiento y la alineación de los sensores 6, 8 y las piezas de acoplamiento 2, 4, en contraste con un canal de medición 18 sin protuberancia 31. Debido a la gran precisión dimensional de un canal de medición 18 hidroconformado, el efecto de la alineación simplificada se potencia aún más. Debido a la forma de la protuberancia 31, los rebajes 10 están dispuestos sobre paredes inclinadas 33. Los rebajes 10 dispuestos de este modo permiten que las señales de los sensores 6, 8 se acoplen y desacoplen del canal de medición 18 en un ángulo ajustado.
Dependiendo del grado de ajuste de las paredes inclinadas 33, se puede utilizar una disposición de reflectores diferente a la del ejemplo de realización descrito con anterioridad. En este caso, en lugar de un solo reflector 18 en la pared transversal 24 opuesta a los sensores 6, 8, se instala una disposición de reflectores con tres reflectores. Dos de los reflectores 18 están formados en la pared transversal 24 y un reflector 18 entre los sensores 6, 8 en la zona de la protuberancia 31, de modo que se forma una trayectoria de señal 35 en forma de W, como se indica en la Fig. 2 (no se muestran los reflectores). En una variante del canal de medición 18 con paredes 33 correspondientemente más inclinadas, puede realizarse una disposición de reflectores como la mostrada en la Fig. 1.
Las ilustraciones de la Figura 3 muestran dos ejemplos de canal de medición, uno con dimensión DN50 y otro con dimensión DN100. En los ejemplos mostrados, dos sensores 6, 6' u 8, 8' están dispuestos por parejas en cada pieza de acoplamiento 2, 4, de modo que las señales de medición se acoplan de entrada y salida en paralelo.
Una diferencia entre los dos ejemplos de construcción según la Figura 3 es que en el caso del tamaño nominal DN50 las piezas de acoplamiento 2, 4 encierran una parte comparativamente grande de la pared exterior del canal de medición debido a la sección transversal relativamente pequeña del canal de medición, por lo que la distancia entre los sensores 6, 6' u 8, 8' es menor en el caso del tamaño nominal más pequeño que en el caso del tamaño nominal grande DN100, de manera que las señales de medición se acoplan en entrada o en salida a una distancia mayor entre sí.
En el caso del caudalímetro con la anchura nominal mayor DN100, las piezas de acoplamiento 2, 4 se encuentran completamente en la zona de la pared transversal 14.
Las piezas de acoplamiento 2, 4 con los sensores 6, 6', 8, 8' se introducen en los rebajes 10 previstos para ello. Los rebajes 10 también pueden fabricarse independientemente del material, en una etapa de fabricación de hidroconformado, a partir del material de salida. En un ejemplo de realización preferido, sin embargo, los rebajes 10 solo se forman después del hidroconformado, por ejemplo mediante corte por láser o de alguna otra manera. En la ilustración de la Figura 1, también se aprecia que las transiciones 32 de las paredes transversales 14, 24 a las paredes laterales 16, en el interior del canal de medición 18, también están formadas como filetes.
Se da a conocer un caudalímetro con al menos dos sensores de medición, preferentemente sensores ultrasónicos, espaciados entre sí, en el que el acoplamiento de entrada y salida de las señales de medición dentro o fuera de un fluido tiene lugar a través de una pieza de acoplamiento que se inserta en una pared circunferencial de un canal de
medición producido por hidroconformado. Alternativamente, el acoplamiento de entrada y salida de las señales de medición también puede tener lugar a través de una pared del canal de medición.
Lista de símbolos de referencia
1 Caudalímetro
2 Pieza de acoplamiento
4 Pieza de acoplamiento
6, 6' Sensor
8, 8' Sensor
10 rebaje
12 Superficie de acoplamiento
14 Pared transversal
16 Pared lateral
18 Canal de medición
20 Sección de tubería
22 Brida
24 Pared transversal
26 Cavidad
28 Reflector
30 Transición
31 Protuberancia
32 Transición
33 Pared inclinada
34 Entrada
35 Trayectoria de la señal
36 Salida
Claims (11)
1. Caudalímetro, en donde un perfil transversal de un canal de medición (18) está formado por hidroconformado, en donde el canal de medición (18) tiene rebajes (10a, 10b) para sensores (6, 8) alojados en piezas de acoplamiento (2 , 4), caracterizado porque solo una región del canal de medición (18) que no está situada en la región de una entrada (34) y una salida (36) está hidroconformada, de manera que el perfil de la sección transversal en la región de la entrada (34) y la salida (36) es un perfil de salida.
2. Caudalímetro de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el canal de medición (18) tiene una sección transversal no circular en la región de los rebajes (10a, 10b).
3. Caudalímetro de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la sección transversal presenta una altura (h) mayor que la anchura (b) aproximadamente en la dirección de entrada/salida de las señales de medición.
4. Caudalímetro de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque, en la posición de uso, la sección transversal está dispuesta horizontalmente de manera que la menor anchura (b) está dispuesta aproximadamente en la dirección de la gravedad.
5. Caudalímetro de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las transiciones (30a, 30b, 32) del canal de medición (18) están redondeadas en la región de deformación.
6. Caudalímetro de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal de medición está formado en una sola pieza y con o sin brida.
7. Caudalímetro de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se produce una protuberancia en la región de los rebajes (10a, 10b) durante el hidroconformado.
8. Caudalímetro de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque los sensores están dispuestos en la zona de la protuberancia.
9. Caudalímetro de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el perfil de la sección transversal en la región de la entrada (34) y la salida (36) es un perfil redondo.
10. Caudalímetro de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 3, 4, 5, 8, caracterizado porque los sensores (6, 8) suenan a través de una pared del canal de medición.
11. Canal de medición para un caudalímetro de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el canal de medición está fabricado por hidroconformado.
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