ES2228017T3 - Dispositivo y procedimiento de medicion directa de la energia calorifica contenida en un gas combustible. - Google Patents
Dispositivo y procedimiento de medicion directa de la energia calorifica contenida en un gas combustible.Info
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Abstract
Dispositivo (10) de medición de la energía calorífica contenida en un gas combustible transportado en un conducto (16) que comprende: - un contador (12) de gas que mide un volumen V de gas en condiciones de presión P y de temperatura T del gas que circula en dicho conducto, y - un aparato (14; 52; 63) de determinación de la potencia H calorífica del gas, midiendo dicho aparato de determinación de la potencia calorífica al menos una magnitud física proporcional al número de moléculas de los distintos constituyentes del gas en un volumen determinado y estando colocado próximo al contador de gas, estando caracterizado dicho dispositivo porque dicho aparato incluye medios para determinar directamente la potencia H(P, T) calorífica en las mismas condiciones de presión P y de temperatura T que aquellas en las que se mide el volumen (P, T) de gas y porque dicho dispositivo incluye medios para determinar a continuación la energía H(P, T) V (P, T) calorífica contenida en el gas sin que el volumen V(P, T) se haya corregido anteriormente en cuanto a temperatura y a presión, siendo dicha magnitud medida por dicho aparato de determinación de la potencia H(P, T) calorífica la absorbancia de una radiación electromagnética por al menos un constituyente combustible presente mayoritariamente en el gas para al menos una longitud de onda de dicha radiación electromagnética.
Description
Dispositivo y procedimiento de medición directa
de la energía calorífica contenida en un gas combustible.
La invención se refiere a un dispositivo de
medición de la energía calorífica contenida en un gas combustible
transportado en un conducto que comprende un contador de gas que
mide un volumen V de gas en las condiciones de presión P y de
temperatura T del gas que circula en dicho conducto y un aparato
que determina la potencia H calorífica del gas.
Se conoce la medición de la energía contenida en
un gas combustible, tal como por ejemplo gas natural, transportado
en un conducto.
Para hacerlo, un aparato, tal como un
cromatógrafo o un calorímetro se coloca generalmente en un lugar
determinado del conducto y determina la potencia H calorífica del
gas en una muestra de gas tomada en dicho conducto y llevada a
condiciones denominadas normales de presión P0 y de temperatura T0.
Por tanto, la potencia H calorífica se determina en estas
condiciones.
Un contador de gas colocado en otro lugar del
conducto, generalmente aguas abajo del aparato, mide un volumen V
de gas en las condiciones de presión P y de temperatura T del gas
que circula en dicho conducto en el lugar en el que se efectúa la
medición de volumen.
Por otro lado, un aparato de corrección de la
presión y de la temperatura y, en ocasiones también del coeficiente
de compresibilidad, se asocia al contador de gas y transforma el
volumen V de gas medido en las condiciones de presión P y de
temperatura T en un volumen V0 llevado a las condiciones denominadas
normales de presión P0 y de temperatura T0.
Un sensor de presión y un sensor de temperatura
son necesarios para efectuar esta corrección en el volumen V.
La energía calorífica contenida en el gas es por
tanto el resultado del producto HV0.
No obstante, esta técnica de medición de la
energía calorífica del gas presenta inconvenientes, dado que
necesita la utilización de un aparato de corrección de presión y de
temperatura, así como sensores de presión y de temperatura además
del aparato de determinación de la potencia calorífica
(cromatógrafo, calorímetro...) que puede ser muy costoso.
Por consiguiente, sería interesante poder medir
la energía calorífica contenida en un gas combustible de forma
simplificada con respecto a lo que se ha descrito
anteriormente.
El documento GB 2312508 describe un dispositivo
de medición de la energía calorífica contenida en un gas
combustible transportado en un conducto que comprende un contador
de gas que mide el volumen V del gas y un aparato de determinación
de la potencia H calorífica del gas, midiendo al menos dicho
aparato una magnitud física proporcional al número de moléculas de
los distintos constituyentes del gas y colocado próximo al
contador.
La presente invención tiene como objeto un
dispositivo de medición de la energía calorífica según la
reivindicación 1.
El dispositivo según la invención permite no
tener que utilizar el aparato de corrección de presión y de
temperatura y por tanto, no tener que medir la presión y la
temperatura para determinar la potencia calorífica del gas.
Esto es posible, por una parte, por el hecho de
que la determinación de la potencia calorífica se efectúa en el
lugar en el que se mide el volumen de gas y en las mismas
condiciones de temperatura y de presión y, por otra parte, midiendo
una magnitud física proporcional al número de moléculas de los
distintos constituyentes del gas en un volumen determinado.
En efecto, la medida de la magnitud física va a
proporcionar directamente el número de moléculas presentes en el
volumen determinado a presión y a temperatura determinadas.
Si la presión o la temperatura varían, el número
de moléculas en el volumen determinado varía según la relación n =
PV/ZRT, en la que Z designa el coeficiente de compresibilidad del
gas y R es la constante de los gases perfectos, y la magnitud
física varía en la misma proporción.
Por consiguiente, esta magnitud física mide el
número de moléculas de los distintos constituyentes del gas
independientemente de la presión y de la temperatura.
La magnitud física medida es la absorbancia de
una radiación electromagnética por al menos un constituyente
combustible que está presente de forma mayoritaria en el gas y para
al menos una longitud de onda de dicha radiación.
A continuación, el aparato deduce la potencia
calorífica a partir de esta medida de absorbancia.
Por otro lado, la elección de esta magnitud
física es realmente interesante porque no requiere contacto con el
gas.
La elección de una radiación, es decir una gama
de longitudes de onda, para la que los gases (N_{2}, O_{2},
CO_{2}) neutros no absorben es particularmente interesante, dado
que tales constituyentes no tienen ninguna contribución en la
potencia calorífica del gas.
Así, por ejemplo, los constituyentes N_{2} y
O_{2} no absorben en la radiación infrarroja y el constituyente
CO_{2} no absorbe en una parte de la radiación infrarroja.
Por tanto, es muy ventajoso utilizar esta
magnitud física, dado que permite por sí misma interesarse
únicamente por los constituyentes que contribuyen a la potencia
calorífica del gas, lo que resulta por tanto más simple que tener
varios tipos distintos de magnitudes a medir.
En función de la composición del gas y de la
precisión buscada en la potencia calorífica, puede ser suficiente
interesarse únicamente por un solo constituyente combustible
presente mayoritariamente en el gas, por ejemplo el metano o el
etano o el propano o el butano o el pentano.
Con fines de aumentar la precisión en la
determinación de la potencia calorífica, el aparato de
determinación de la potencia calorífica del gas mide la absorbancia
de una radiación electromagnética por otros constituyentes
combustibles presentes en el gas.
Así, para el gas natural, además de la medida
para el constituyente combustible presente de forma mayoritaria en
el gas, por ejemplo el metano, puede medirse la absorbancia para
uno o varios constituyentes combustibles minoritarios elegidos
entre el etano, el propano, el butano y el pentano.
La (o las diferentes) longitud(es) de onda
de la radiación puede(n) seleccionarse de manera que a cada
longitud de onda le corresponda la contribución de un único
combustible del gas o de varios de entre los mismos.
El aparato de determinación de la potencia
calorífica del gas comprende, más particularmente, en al menos una
parte del flujo del gas:
- al menos una fuente de emisión de la radiación
electromagnética a través de dicha parte de flujo de gas,
- medios de filtrado de dicha radiación,
- medios de detección de dicha radiación atenuada
por la absorción debida al (a los) constituyente(s)
combusti-
ble(s) del gas, para la o las longitud(es) de onda correspondiente(s), que proporcionan una señal eléctrica representativa de esta radiación para cada longitud de onda considerada, y
ble(s) del gas, para la o las longitud(es) de onda correspondiente(s), que proporcionan una señal eléctrica representativa de esta radiación para cada longitud de onda considerada, y
- medios electrónicos para deducir de lo anterior
la potencia calorífica del gas así como la energía H(P, T)
V(P, T) contenida en el gas.
Los medios de filtrado de la radiación pueden
comprender un (o varios) filtro(s) de interferencia que está
(están cada uno) adaptado(s) a una longitud de onda distinta
de la radiación para la que al menos uno de dichos constituyentes
del gas presenta una absorción.
Según otra posibilidad, los medios de filtrado de
la radiación pueden comprender un filtro ajustable eléctricamente
en una gama de longitudes de onda que incluye al menos una longitud
de onda para la que o las que el (los) dicho(s)
constituyente(s) del gas presenta(n) una
absorción.
La radiación electromagnética está situada por
ejemplo en el infrarrojo.
La gama de longitudes de onda incluye una
longitud(es) de onda para la que (las que) dicho(s)
constituyente(s) del gas presenta(n) una absorción
comprendida por ejemplo entre 1 y 12 \mum.
Cuando el constituyente mayoritario en el gas es
el metano, es posible por ejemplo interesarse por una gama de
longitudes de onda entre 1,6 y 1,3 \mum.
Asimismo, la invención tiene como objeto un
procedimiento de medición de la energía calorífica según la
reivindicación 18.
El procedimiento según la invención consiste en
medir una magnitud física que es la absorbancia de una radiación
electromagnética por al menos un constituyente combustible presente
mayoritariamente en el gas para al menos una longitud de onda de
dicha radiación.
El procedimiento según la invención puede
consistir en medir la absorbancia de una radiación electromagnética
por otros constituyentes combustibles presentes en el gas para
distintas longitudes de onda de dicha radiación.
El procedimiento según la invención consiste en
seleccionar la (o las) distinta(s) longitud(es) de
onda de la radiación de manera que a cada longitud de onda le
corresponda la contribución de un único constituyente combustible
del gas o de varios de entre ellos.
El procedimiento según la invención consiste, más
precisamente en:
- emitir una radiación electromagnética a través
de al menos una parte del flujo del gas,
- filtrar dicha radiación,
- detectar la radiación atenuada por la absorción
debida al (a los) constituyente(s) del gas para la (o las)
longitud(es) de onda correspondiente(s), y
proporcionar una señal eléctrica representativa de esta radiación
para cada longitud de onda considerada, y
- determinar a partir de la señal o de las
señales la potencia calorífica del gas así como la energía
H(P, T) V(P, T) calorífica contenida en el gas.
La radiación electromagnética se elige de manera
que los gases (N_{2}, O_{2}, CO_{2}) neutros no absorban
frente a esta radiación.
La radiación se elige por ejemplo en el
infrarrojo.
Otras características y ventajas aparecerán
durante la descripción que sigue, dada únicamente a título de
ejemplo no limitativo y hecha con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una vista de conjunto de un
dispositivo de medición de la energía según la invención,
- la figura 2a representa un esquema simplificado
de los distintos elementos constitutivos del aparato,
- la figura 2b representa de forma esquemática
rayos de absorción distintos para tres longitudes de onda
distintas,
- la figura 2c representa de una manera
esquemática tres espectros de absorción A, B, C de constituyentes
combustibles distintos y su posición relativa con respecto a tres
longitudes de onda distintas,
- la figura 3 es una vista esquemática que
representa un filtro ajustable eléctricamente,
- la figura 4 es una vista de una variante de
realización del aparato.
Tal como se ha representado en la figura 1 y
señalado por la referencia general indicada con 10, un dispositivo
de medición de la energía contenida en un gas combustible, tal como
por ejemplo gas natural, comprende un contador 12 de gas y un
aparato 14 de determinación de la potencia H calorífica del gas.
El flujo de gas indicado por la flecha designada
con la letra G en la figura 1 se transporta en un conducto 16 en el
que está instalado el dispositivo 10.
El contador 12 de gas comprende una unidad de
medición que está formada por un oscilador de fluidos de tipo
conocido y que se describe detalladamente en la solicitud de
patente nº WO 97 35116.
Este oscilador comprende un recinto 18 que
delimita una cámara 20 en la que está instalado un obstáculo 22 así
como una entrada 24 y una salida 26 dispuestas en el recinto para
permitir que un flujo de gas entre o salga, respectivamente, de
dicha cámara 20.
La entrada 24 está realizada en forma de una
ranura de poca anchura en comparación con su dimensión longitudinal
que es perpendicular al plano de la figura 2, siendo así para
formar un chorro de gas que va a oscilar en la cámara 20. Dos
sensores 28, 30 térmicos (representados por círculos en la figura 1)
permiten detectar la frecuencia de oscilación del chorro. Este
oscilador de fluidos funciona de la forma descrita en el documento
WO 97
35116.
35116.
Conviene destacar que podría utilizarse cualquier
otro tipo de contador de gas en lugar de éste con los fines de la
presente invención.
Por ejemplo, aquí podrían utilizarse un contador
de gas volumétrico con pistones giratorios o con fuelles
deformables o incluso un contador basado en el principio de la
medición del tiempo de propagación de una onda acústica emitida en
el flujo entre al menos dos transductores acústicos.
El contador de gas mide un volumen V de gas en
las condiciones de presión P y de temperatura T que son las del gas
en el conducto 16. El aparato 14 está dispuesto tan próximo como
sea posible al contador de gas, incluso en la unidad de medición,
si se comprueba que esto es realizable, para que la potencia H
calorífica sea directamente determinada por este aparato en las
mismas condiciones de presión P y de temperatura T que las
correspondientes a la medición del volumen de gas.
Así, la energía calorífica o entalpía de
combustión del gas está determinada por el producto de dos medidas
V(P, T) y H(P, T) sin que el volumen V haya sido
corregido con anterioridad en cuanto a presión y temperatura. El
aparato 14 puede determinar directamente la potencia H(P, T)
calorífica en las condiciones de presión y de temperatura que son
aquellas del flujo del gas en el conducto, dado que este aparato
mide al menos una magnitud física que es proporcional al número de
moléculas de los distintos constituyentes del gas en un volumen
determinado, y esta medición puede realizarse sobre las moléculas
sometidas a la presión P y a la temperatura T.
Por ejemplo, según el documento EP nº 95308501.6
se conoce un método de determinación de la potencia calorífica que
necesita la medición de cuatro magnitudes físicas que son: la
densidad, la velocidad del sonido, la conductividad térmica y la
viscosidad.
Ventajosamente, es posible simplificar
considerablemente el método de determinación de la potencia
calorífica eligiendo como única magnitud física la propiedad de los
constituyentes combustibles presentes en un gas, que consiste en
absorber una radiación electromagnética para al menos una longitud
de onda de esta radiación.
En un caso de este tipo, el contacto con el gas
no es necesario para la medición, y el aparato 14 de determinación
de la potencia calorífica puede instalarse directamente sobre el
conducto 16 sin que esto ocasione perturbaciones en el flujo del
gas.
Tal como se ha representado en las figuras 1 y
2a, este aparato comprende una fuente 32 de emisión de una
radiación electromagnética que emite esta radiación a través de una
parte 34 del flujo delimitada por el haz de dicha fuente.
La fuente 32 está montada en un lado del conducto
16.
El aparato 14 comprende, en el lado opuesto del
conducto, un bloque 36 que contiene, por una parte, medios de
filtrado de la radiación atenuada por la absorción debida a los
constituyentes combustibles del gas y, por otra parte, medios de
detección de esta radiación atenuada y filtrada.
Conviene destacar que los medios de filtrado
podrían montarse, alternativamente, en el lado en el que se
encuentra la fuente 32.
Los medios de filtrado pueden comprender uno o
varios filtros de interferencia clásicos que están adaptados cada
uno a una longitud de onda particular.
Puede utilizarse un único filtro cuando el gas
comprende mayoritariamente, incluso exclusivamente, metano y
algunos gases neutros. Entonces, el filtro se adapta para filtrar
la radiación alrededor de una longitud de onda característica de la
absorción del metano.
No obstante, en la mayor parte de los casos están
previstos varios filtros, ya sea porque se desea medir la absorción
por otros constituyentes combustibles minoritarios con fines de
obtener una precisión muy buena en la potencia calorífica, ya sea
porque los otros constituyentes combustibles presentes en el gas
contribuyen de forma significativa a la potencia calorífica y no
tenerlo en cuenta supondría una potencia calorífica completamente
irreal.
Cada uno de los filtros se adapta a una longitud
de onda distinta de la radiación. Las longitudes de onda, por
ejemplo \lambda_{1}, \lambda_{2}, \lambda_{3}, pueden elegirse
de tal manera que a cada una de ellas le corresponda el espectro de
un único constituyente combustible (figura 2b) o bien el espectro
de varios constituyentes (figura 2c). Es más fácil elegir el primer
caso pues entonces la absorción por el constituyente correspondiente
se obtiene directamente mediante los medios de detección.
En el segundo caso, ilustrado en la figura 2c por
los espectros A, B, y C de tres constituyentes combustibles
distintos, la absorbancia medida depende de la contribución de
todos los constituyentes presentes en la longitud (\lambda_{1},
\lambda_{2}, \lambda_{3},) de onda considerada y por tanto es
necesario resolver un sistema de ecuaciones en el que las
incógnitas son los números de moles de los distintos constituyentes
por unidad de volumen a la presión P y a la temperatura T.
Asimismo, hay que procurar que las longitudes de
onda se elijan de manera que para cada una de ellas se obtengan
datos independientes sobre la contribución de cada
constituyente.
De lo contrario, el sistema de ecuaciones no
podría resolverse.
Tales filtros pueden instalarse, por ejemplo, en
un tambor que se monta de forma giratoria alrededor de un eje bajo
la acción de un motor.
Asimismo, es posible simplificar el aparato con
la previsión, en lugar de filtros de interferencia, de un filtro 38
ajustable eléctricamente respecto a una gama de longitudes de onda
que incluye la(o las) longitud(es) de onda para
la(s) que el (o los) constituyente(s)
absorbe(n) la radiación.
La radiación electromagnética elegida podría
situarse por ejemplo en la región de las hiperfrecuencias o bien en
la región óptica. En la región óptica, podría tratarse de radiación
ultravioleta o infrarroja.
Más particularmente, la radiación óptica es de
tipo infrarrojo y el interés recae precisamente en una parte del
espectro infrarrojo en la que los constituyentes N_{2}, O_{2},
CO_{2} no presentan ninguna absorción.
La fuente 32 es por ejemplo una fuente con una
banda amplia constituida por un filamento de tungsteno.
El filtro 38 es por ejemplo ajustable en la gama
de longitudes de onda comprendidas entre 3,2 y 3,6 \mum.
Un filtro de este tipo está representado en la
figura 3 y se describe detalladamente en la solicitud de patente
europea nº 0 608 049. Este filtro, por ejemplo realizado de silicio
micro-mecanizado, está constituido por un electrodo
40 fijo que forma un soporte y por un electrodo 42 móvil separados
entre sí por una distancia e_{0} determinada correspondiente a
una posición en la que el electrodo móvil no está deformado.
En esta posición denominada de reposo, la
radiación indicada por la flecha designada por la letra R en la
figura 3, se filtra para la longitud \lambda_{0} de onda que es
igual a 2 e_{0} (y para los armónicos de esta longitud de
onda).
Una fuente 44 de tensión está conectada a los
electrodos móvil y fijo, cuando se aplica una tensión, el electrodo
móvil se deforma y se aproxima al electrodo fijo. La distancia
entre los electrodos se reduce a e_{1} (e_{1} < e_{0}) y,
por tanto, la radiación se filtra para la longitud \lambda_{1} de
onda igual a 2 e_{1}. Así, para distintos valores de tensión
eléctrica, el filtro se ajusta según distintas longitudes de
onda.
Tal como se ha representado en la figura 2, el
bloque 36 comprende también un detector 44 de banda amplia, tal
como por ejemplo un bolómetro, una termopila o un fotodiodo.
La energía contenida en la radiación infrarroja
que atraviesa el gas y el filtro 38 es recibida por el detector 44
y se transforma en una señal eléctrica representativa de esta
radiación.
A continuación, la señal se amplifica y se
convierte en señal digital mediante el convertidor 46, y después se
inyecta en un microprocesador 48.
Se utiliza un convertidor 50 digital analógico
para el control del filtro 38 y particularmente para seleccionar
las distintas longitudes de onda.
A título de ejemplo, el gas es gas natural cuya
composición es la siguiente con la potencia calorífica
correspondiente en kilo Julio por mol:
| Metano | 89,5% | 891,09 | |
| Etano | 5% | 1561,13 | |
| Propano | 1% | 2220,13 | |
| Butano | 0,6% | 2873,97 | |
| Pentano | 0,3% | 3527,8 | |
| Gases neutros | 3,6% |
Las longitudes de onda se seleccionan tal como se
ha descrito anteriormente y están definidas por ejemplo tal como
sigue:
\lambda_{1} = 3,2 \mum
\lambda_{2} = 3,3 \mum
\lambda_{3} = 3,4 \mum
\lambda_{4} = 3,5 \mum
\lambda_{5} = 3,6 \mum
Estas longitudes de onda son tales de manera que
a cada una de ellas le corresponde la contribución de varios
constituyentes combustibles.
Aplicando una tensión V de valor determinado, por
ejemplo, igual a 20V al filtro 38, éste se ajusta según la longitud
\lambda_{1} de onda y el detector 44 proporciona una señal
eléctrica correspondiente a S_{1} (V):
S1(V) =
\int\limits_{\lambda} E(\lambda) \theta gas(\lambda,xi) \theta
f(\lambda, V) Sd(\lambda)
d\lambda
- donde E(\lambda) designa la intensidad luminosa emitida por la fuente 32, y \theta gas(\lambda, x_{i}) = exp(-L \sum\limits_{i}\alpha_{i}(\lambda).xi) designa la respuesta
espectral debida a todos los
constituyentes combustibles gaseosos presentes en esta longitud de
onda.
Designando L la longitud de la trayectoria óptica
en el gas,
representando x_{i} el número de moles del
constituyente combustible i por unidad de volumen a la presión P y
a la temperatura T,
designando \alpha_{i} el coeficiente de
absorción del constituyente i combustible y dependiente de la
longitud de onda, de la presión y de temperatura,
\thetaf(\lambda, V) representa la
transmisión óptica debida al filtro 38 y Sd representa la respuesta
espectral del detector;
Al ajustar el filtro 38 según las distintas
longitudes \lambda_{1} a \lambda_{5} de onda para distintos
valores de tensión se miden los valores S_{1}(V_{1}) a
S_{5}(V_{5}). La absorbancia A se define tal como sigue
A(V) = Ln(1/S(V)), donde Ln designa la función
logarítmica neperiana, y se obtiene el sistema según cinco
ecuaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
en las que los términos aij
dependen del constituyente i y del aparato
14.
Antes de poner en práctica la invención con un
gas natural de composición no conocida, se procede a una etapa de
calibración previa en laboratorio inyectando en el aparato 14
varios gases con constituyentes con números de moles por unidad de
volumen xi conocidos a T y P determinadas.
Para cada gas de composición conocida, las
tensiones Vi (i=1,...,5) se aplican sucesivamente al filtro para
que su transmisión espectral se ajuste según las longitudes de onda
\lambdai(I=1,...,5) y para cada par Vi/\lambdai el
detector proporciona un valor Si_{1}(Vi).
De este modo, para el primer gas, se obtiene un
sistema de cinco ecuaciones:
\vskip1.000000\baselineskip
donde los x_{i}(i = 1,...,
5) son conocidos y los términos a_{ij} son las
incógnitas.
Al inyectar en el aparato 14 otros cuatro gases
adicionales de composiciones conocidas se obtienen así veinte
ecuaciones complementarias con los mismos términos a_{ij} que
antes.
Por tanto, esto permite solucionar mediante un
método matemático conocido, tal como por ejemplo un método de
resolución de ecuaciones lineales, el sistema de ecuaciones
siguiente donde las incógnitas son los coeficientes de
a_{ij}:
\vskip1.000000\baselineskip
en el que los índices k identifican
la mezcla de gases conocida en
cuestión.
Al invertir mediante un método matemático de
inversión clásica la matriz [a_{ij}], se reduce a un sistema
Así, los valores x; se escriben
Basta con grabar en la memoria del
microprocesador 48 los datos b_{ij} calculados durante la
calibración, y cuando un gas natural de composición no conocida y
por tanto de potencia calorífica no conocida se transporta en el
conducto 16, los distintos valores Aj(V) se miden para
distintas longitudes de onda del filtro obtenidas para los valores
de tensiones correspondientes y los términos x_{i} se deducen de
los mismos fácilmente.
La potencia H(P,T) calorífica del gas se
escribe
donde H_{j} representa la
potencia calorífica del constituyente i en julios por
mol.
Por consiguiente, una vez que se determinan los
términos xi, la potencia H(P,T) calorífica se obtiene
directamente.
Por tanto, la energía H(P,T) V(P,T)
se deduce de lo anterior.
El aparato de determinación de la potencia
calorífica también puede colocarse aguas abajo de la cámara 20 del
oscilador de fluidos y estar designado por la referencia general 52
(figura 1).
Este aparato comprende de forma análoga al
aparato 14, una fuente 54, medios 56 de filtrado y de detección,
así como una cámara 58 rellena de gas y dispuesta entre la fuente
54 y los medios 56.
El aparato 52 está montado en derivación sobre el
conducto 16 mediante dos conexiones 60, 62 que permiten
respectivamente, llevar una parte del flujo de gas a la cámara 58 y
llevarla de nuevo a dicho conducto. La conexión 60 tiene una parte
que desemboca en el conducto a distancia de la pared de éste para
calibrar el gas cuya composición es representativa de la del
flujo.
La instalación del aparato 58 es ventajosa pues
al tener previstas dos válvulas de corte en cada una de las
conexiones 60, 62, es fácil retirar dicho aparato, por ejemplo por
motivos de mantenimiento, sin detener la circulación del gas en el
conducto y, por tanto, continuando la medición del volumen
V(P,T) de gas.
La figura 4 muestra una variante del aparato 63
de determinación de la potencia calorífica en la que la fuente 64,
los medios 66 de filtrado y de detección están dispuestos en un
mismo lado de dicho aparato.
Un espejo 68, por ejemplo esférico, está previsto
en el lado opuesto del aparato para reflejar la radiación emitida
por la fuente en los medios 66. Una cámara 70 rellena de gas está
dispuesta entre el espejo 68 por una parte y la fuente 64 y los
medios 66 por otra parte.
Están previstas dos conexiones 72, 74 para llevar
y evacuar el gas de la cámara 70.
Este aparato puede estar montado directamente
como el aparato 52 de la figura 1. No obstante, podría considerarse
colocarlo como el aparato 14, suprimiendo la cámara 70 y las
conexiones 72, 74, dado que, en este caso, el flujo de gas del
conducto circularía directamente entre el espejo 68 y la fuente 64
y los medios 66.
Asimismo, podría instalarse el aparato en otro
lugar en el propio oscilador de fluidos y, por ejemplo, al mismo
nivel que la entrada 24 en forma de ranura.
Claims (24)
1. Dispositivo (10) de medición de la energía
calorífica contenida en un gas combustible transportado en un
conducto (16) que comprende:
- un contador (12) de gas que mide un volumen V
de gas en condiciones de presión P y de temperatura T del gas que
circula en dicho conducto, y
- un aparato (14; 52; 63) de determinación de la
potencia H calorífica del gas, midiendo dicho aparato de
determinación de la potencia calorífica al menos una magnitud
física proporcional al número de moléculas de los distintos
constituyentes del gas en un volumen determinado y estando colocado
próximo al contador de gas,
estando caracterizado dicho dispositivo porque
dicho aparato incluye medios para determinar directamente la
potencia H(P,T) calorífica en las mismas condiciones de
presión P y de temperatura T que aquellas en las que se mide el
volumen (P,T) de gas y porque dicho dispositivo incluye medios para
determinar a continuación la energía H(P,T) V(P,T)
calorífica contenida en el gas sin que el volumen V(P,T) se
haya corregido anteriormente en cuanto a temperatura y a presión,
siendo dicha magnitud medida por dicho aparato de determinación de
la potencia H(P,T) calorífica la absorbancia de una
radiación electromagnética por al menos un constituyente
combustible presente mayoritariamente en el gas para al menos una
longitud de onda de dicha radiación electromagnética.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que el aparato (14; 52; 63) de determinación de la potencia H (P,T)
calorífica del gas mide la absorbancia de una radiación
electromagnética por otros constituyentes combustibles presentes en
el gas para distintas longitudes de onda de dicha radiación
electromagnética.
3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el
que las distintas longitudes de onda de la radiación
electromagnética se seleccionan de manera que corresponden cada una
a la contribución de un único constituyente combustible.
4. Dispositivo según la reivindicación 2, en el
que a cada longitud de onda de la radiación electromagnética le
corresponde una contribución de varios constituyentes
combustibles.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, en el que el aparato de determinación de la potencia H (P,T)
calorífica del gas comprende, en al menos una parte del flujo de
gas:
- al menos una fuente (32; 54; 64) de emisión de
la radiación electromagnética a través de dicha parte de flujo de
gas,
- medios (36; 38; 66) de filtrado de dicha
radiación,
- medios (36; 44; 66) de detección de dicha
radiación atenuada por la absorción debida al (a los)
constituyente(s) combustible(s) del gas, para la o las
longitud(es) de onda correspondiente(s), que
proporcionan una señal eléctrica representativa de esta radiación
para cada longitud de onda considerada y,
- medios (18) electrónicos para deducir de lo
anterior la potencia calorífica del gas, así como la energía H
(P,T) V (P,T) contenida en el gas.
6. Dispositivo según la reivindicación 5, en el
que los medios (36; 38; 66) de filtrado de dicha radiación
comprenden un (o varios) filtro(s) de interferencia que
está(n) cada uno adaptado(s) a una longitud de onda distinta
de la radiación para la que al menos uno de dichos constituyentes
del gas presenta una absorción.
7. Dispositivo según la reivindicación 5, en el
que los medios de filtrado de dicha radiación comprenden un filtro
(38) ajustable eléctricamente en una gama de longitudes de onda que
incluye al menos una longitud de onda para la que o las que
dicho(s) constituyente(s) del gas presenta(n)
una absorción.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 7, en el que la radiación electromagnética se elige de manera
que los gases (N_{2}, O_{2}, CO_{2}) neutros no absorben
frente a esta radiación.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 8, en el que la radiación óptica está situada en el
infrarrojo.
10. Dispositivo según las reivindicaciones 7 y 9,
en el que la gama de longitudes de onda que incluye una
longitud(es) de onda para la que (las que) dicho(s)
constituyente(s) del gas presenta(n) una absorción
está comprendida entre 1 y 12 \mum.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 10, en el que el metano se utiliza como constituyente del gas
para la determinación de la potencia calorífica.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 11, en el que el etano se utiliza como constituyente del gas
para la determinación de la potencia calorífica.
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 12, en el que el propano se utiliza como constituyente del gas
para la determinación de la potencia calorífica.
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 13, en el que el butano se utiliza como constituyente del gas
para la determinación de la potencia calorífica.
15. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 14, en el que el pentano se utiliza como constituyente del gas
para la determinación de la potencia calorífica.
16. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 15, en el que el gas combustible es gas natural.
17. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 16, en el que el aparato (14; 52; 63) de determinación de la
potencia H(P, T) calorífica del gas está integrado en el
contador (12) de gas.
18. Procedimiento de medición de la energía
calorífica contenida en un gas combustible transportado en un
conducto (16) que consiste en:
- medir un volumen V de gas en las condiciones de
presión P y temperatura T del gas que circula en dicho conducto,
y
- determinar la potencia H calorífica del
gas,
consistiendo dicho procedimiento en medir en las
condiciones de presión P y de temperatura T que son aquellas en las
que se mide el volumen V(P, T) de gas, al menos una magnitud
física proporcional al número de moléculas de los distintos
constituyentes del gas en un volumen determinado de gas,
estando caracterizado dicho procedimiento
porque incluye las etapas de:
- determinación directa de la potencia
H(P, T) calorífica a partir de dicha medida de al menos una
magnitud física, en las mismas condiciones de presión P y de
temperatura T,
- determinación de la energía H(P, T)
V(P, T) calorífica contenida en el gas sin que el volumen
V(P, T) se haya corregido anteriormente en cuanto a
temperatura y a presión,
siendo dicha magnitud medida la absorbancia de
una radiación electromagnética por al menos un constituyente
combustible presente mayoritariamente en el gas para al menos una
longitud de onda de dicha radiación electromagnética.
19. Procedimiento según la reivindicación 18, que
consiste en medir la absorbancia de una radiación electromagnética
por otros constituyentes combustibles presentes en el gas para
distintas longitudes de onda de dicha radiación.
20. Procedimiento según la reivindicación 19, que
consiste en seleccionar la (o las) longitud(es) de onda de
la radiación electromagnética de manera que a cada una de ellas le
corresponda la contribución de un único constituyente
combustible.
21. Procedimiento según la reivindicación 19, que
consiste en seleccionar la (o las) longitud(es) de onda de
la radiación electromagnética de manera que a cada una de ellas le
corresponda la contribución de varios constituyentes
combustibles.
22. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 18 a 21, que consiste en:
- emitir una radiación electromagnética a través
de al menos una parte del flujo del gas,
- filtrar dicha radiación,
- detectar la radiación atenuada por la absorción
debida al (a los) constituyente(s) combustible(s) del
gas para la (o las) longitud(es) de onda
correspondiente(s) y proporcionar una señal eléctrica
representativa de esta radiación para cada longitud de onda
considerada, y
- determinar a partir de la señal o de las
señales la potencia calorífica del gas, así como la energía
H(P, T) V(P, T) contenida en el gas.
23. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 18 a 22, según el cual la radiación
electromagnética se elige de manera que los gases (N_{2}, O_{2},
CO_{2}) neutros no absorben frente a esta radiación.
24. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 18 a 23, según el cual la radiación óptica está
situada en el infrarrojo.
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