ES2286473T3 - Aparato y procedimiento para medir el valor calorico de los gases. - Google Patents
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Abstract
El dispositivo (1) de medición de valor calórico para gases, que comprende una cubierta (10) externa con calentamiento controlado termostáticamente y con al menos una entrada (103) de aire para la introducción de aire y al menos una entrada (105) de gas para la introducción del gas que se va a someter a prueba o para la introducción del gas de calibración, y un bloque (11) de medición colocado dentro de la cubierta (10) externa, caracterizado porque la cubierta (10) externa es cilíndrica, encontrándose equipada con una cubierta (101) de calentamiento sobre su superficie externa y su parte inferior contiene un detector (102) externo de un termómetro remoto eléctrico del aparato (2) termostático externo colocado axialmente en la pared, y un bloque (11) de medición resulta también cilíndrico con un orificio (113) de paso a través axial, se encuentra localizado coaxialmente dentro de la cubierta (10) externa y su pieza superior está equipada con un detector (112) interno insertado axialmente deun termómetro remoto eléctrico del aparato (3) termostático interno, al tiempo que la cubierta (101) de calentamiento y el detector (102) externo y también el bloque (111) de calentamiento eléctrico y el detector (112) interno se encuentran interconectados vía el aparato (2, 3) termostático interno y externo, ajustado para mantener un valor de temperatura constante mediante regulación de la entrada eléctrica al bloque (111) de calentamiento eléctrico o de la entrada eléctrica a la cubierta (101) de calentamiento en la que el aparato (31) de medición de la entrada eléctrica del bloque (111) de calentamiento se encuentra conectado por el cable conductor eléctrico al bloque (111) de calentamiento eléctrico.
Description
Aparato y procedimiento para medir el valor
calórico de los gases.
La invención se refiere a una medición del calor
de combustión de gases o el valor calórico de gases, especialmente
se refiere a los dispositivos de medición para determinar el valor
de combustión de gases de caldeo cuya capacidad calórica puede
variar durante el suministro a los clientes y de este modo se
requiere el control continuo. La invención se refiere también a un
procedimiento de medición.
Se usa una gran variedad de instrumentos
actualmente para medir el calor de combustión de los gases. Los
dispositivos de medición denominados de compensación, que en
principio compensan las diferencias en el calor de combustión del
gas que se va a someter a prueba a través del calor producido en una
fuente de compensación cuya entrada de energía se mide, se utilizan
con frecuencia para la medición continua. En un número de estos
dispositivos de medición, un bloque calentado eléctricamente sirve
como la fuente de compensación. En este caso, la cuestión se debe
resolver obteniendo un estado de equilibrio entre la entrada de
calor de la compensación y las fuentes de prueba y la disipación de
calor en el medio ambiente. Una solución posible a este problema se
describe en la patente CH 593484 en la que la prueba y fuentes de
calor de compensación se colocan en el bloque del dispositivo de
medición que está conectado al bloque de refrigeración por medio de
un elemento de conducción de calor y el gradiente de calor entre
los bloques de medición y refrigeración se mantiene constante y
medido. La cubierta externa alrededor del bloque de medición es una
parte del aislamiento térmico que evita la disipación de calor en
el medio ambiente a lo largo de las trayectorias distintas a las de
la vía del elemento para conducir calor. Tal instrumento de
medición es adecuado para determinar la capacidad calórica de una
fuente estable colocada en la cámara de medición aunque es menos
adecuado para la medición continua del calor de combustión de los
gases, en el que el gas pasa a través del espacio de medición y en
el que sería difícil aislar térmicamente el espacio de medición. Se
puede observar otra solución en la patente SU 1160294, en la que los
gases pasan a través de la cámara de medición que está próxima a la
cámara de compensación y donde las dos cámaras se interconectan
mediante un material de conducción de calor al tiempo que la
cubierta externa del dispositivo de medición se encuentra equipada
con nervaduras para disipación del calor bajo la cual se colocan las
baterías semiconductoras térmicas. Este diseño se adapta para el
paso del gas aunque parece que este sistema que combina la
disipación del calor controlada a través de las baterías térmicas y
las nervaduras de refrigeración y aislamiento térmico de la
superficie restante de la cubierta externa es más bien complicado y
pudiera ser difícil de obtener prácticamente la regulación rápida y
suficientemente sensible de la disipación del calor. Otras patentes,
SU 1286979, 1288567, 1390557, 1402894, 1420496, 1430849, 1430850,
1430851, 1492254 y 1492255 incluyen los intentos para compensar las
desventajas antes mencionadas de los instrumentos de tipos similares
modificando la disposición de las cámaras de medición y
compensación y añadiendo bloques de calentamiento adicionales.
Las desventajas de los instrumentos descritos
anteriormente se reducen sustancialmente y se obtienen mediciones
precisas del valor calórico de los gases mediante un instrumento
relativamente sencillo desde el punto de vista técnico cuando se
usa el aparato para medir los gases de caldeo según la presente
invención que comprende una cubierta externa con calentamiento
controlado termostáticamente y al menos una entrada para el aire y
una entrada para el gas que se somete a prueba, y un bloque de
medición localizado dentro de la cubierta externa, en la que el
principio de este aparato descansa en el hecho de que la cubierta
externa es cilíndrica y está dispuesta con una cubierta para
calentar sobre su superficie externa, y que su parte inferior
contiene un detector externo colocado axialmente de un termómetro
remoto eléctrico del aparato termostático externo, y el bloque de
medición es también cilíndrico, con un orificio de paso a través
colocado axialmente, se coloca coaxialmente dentro de la cubierta
externa y se dispone en la parte superior con un bloque de
calentamiento insertado axialmente y en la parte inferior con un
detector interno insertado axialmente de un termómetro remoto
eléctrico interno del aparato termostático interno, al tiempo que la
cubierta para calentar y el detector externo y el bloque de
calentamiento eléctrico y el detector interno se interconectan vía
el aparato termostático interno y externo ajustado para mantener
una temperatura constante regulando la entrada eléctrica del bloque
de calentamiento eléctrico o de la entrada eléctrica de la cubierta
para calentar en la que el aparato de medición de la entrada
eléctrica se conecta también al conductor eléctrico del bloque de
calentamiento eléctrico. Sería ventajoso que la cubierta externa y
el bloque de medición del aparato para medir el calentamiento de
gases se fabriquen de un material metálico, con especial ventaja de
una aleación basada en cobre o aluminio, Es también ventajoso
cuando existe un espacio libre entre la superficie externa del
bloque de medición y la superficie interna de la cubierta externa,
en la que una anchura del espacio libre es igual a 0,3 a 3,0
múltiple del diámetro externo del bloque de medición. Existe
también una ventaja si el área de la sección transversal total de
las salidas de los gases de combustión es igual 1,1 a 2,0 múltiple
del área de sección transversal total de las entradas de aire. Es
ventajoso además si hay al menos dos entradas de aire en la cubierta
externa y si están dirigidas en un ángulo y/o divergen del eje
longitudinal del bloque de medición. Es ventajoso también, si el
bloque de calentamiento eléctrico y/o el detector interno se colocan
más cerca de la circunferencia del bloque de medición que a su
orificio de paso a través axial. Es también ventajoso si se crea una
cavidad o un cuerpo de protección, fabricado de un material
térmicamente aislante y se coloca entre el bloque de calentamiento
eléctrico y/o el detector interno y el orificio de paso a través
axial. Finalmente, puede ser ventajoso si el aparato termostático
interno se ajusta para regulación de la entrada eléctrica al bloque
de calentamiento eléctrico dentro de un intervalo de 5 a 50% de la
entrada de calentamiento del gas de calibración que entra en
combustión en el dispositivo de medición. Otro principio que destaca
la invención es el modo de funcionamiento del dispositivo de
medición o un procedimiento para medir el calentamiento del gas, que
implica primero una etapa de calibración que consiste en la
alimentación de un gas de calibración con una capacidad de
calentamiento conocida exactamente al dispositivo de medición y de
su combustión, seguido por la medición de la temperatura del
detector interno y almacenamiento del valor en la memoria del
aparato de medición, y con posterioridad una etapa de medición en
la cual se introduce el gas que se va a someter a prueba dentro del
dispositivo de medición y entra en combustión al tiempo que el
aparato de medición mide la entrada eléctrica al bloque de
calentamiento eléctrico, el aparato termostático interno mantiene la
temperatura del bloque de medición, medida en el detector interno,
a los mismos valores que aquellos obtenidos y almacenados en la
memoria durante la etapa de calibración y el valor del calor de
combustión del gas sometido a prueba se determina a partir de la
diferencia entre el valor de la capacidad calórica del gas de
calibración y la del bloque de calentamiento eléctrico, manteniendo
la temperatura de la cubierta externa en el valor constante durante
la etapa de calibración y medición. Es favorable repetir la etapa
de calibración cada 30 a 300 minutos.
Se obtiene de este modo un dispositivo de
medición que es relativamente simple y todavía mide de forma fiable
el calor de combustión de los gases con una precisión común de
aproximadamente 1% o incluso mejor.
A continuación, se explica y describe más
exactamente la invención en una realización preferida, haciendo
referencia a los dibujos que se acompañan en los que la fig. 1
consiste en la sección transversal vertical a través del aparato de
medición y la fig. 2 representa el esquema de la conexión del
instrumento de medición en el sistema de medición, con una conexión
a la tubería que transporta el gas que se somete a prueba.
El dispositivo 1 de medición consiste en la
cubierta 10 externa provista de la cubierta 101 de calentamiento,
diseñada en este documento como una resistencia eléctrica de la
cubierta de calentamiento, con la cámara 11 de medición colocada
dentro de la cubierta 10 externa. La cubierta 10 externa es un caja
en forma de vasija de aluminio con una tapa en el fondo. Se
presenta aquí como en la fig. 1 una vista más bien esquemática, que
muestra la cubierta 10 externa como un recipiente cerrado, en el que
no es evidente ninguna tapa separada, aunque en la práctica podría
ser construida como una caja, cerrada con una tapa en el fondo. La
tapa del fondo, o una pieza inferior, contiene las entradas 103 de
aire para el aire y las entradas 105 de gas para el gas que se va a
someter a prueba o para un gas de calibración. El presente ejemplo
tiene dos entradas 103 de aire, para la introducción de aire,
perpendicular al plano de la tapa y entre ellas, en el medio de la
tapa, se encuentra la entrada 105 de gas para la introducción del
gas que se va a someter a prueba o el gas de calibración, cuya
entrada 105 de gas se encuentra paralela a las entradas 103 de aire.
El detector 102 de temperatura externa se encuentra colocado
axialmente en el borde del fondo de la caja en forma de vasija de la
cubierta 10 externa. El detector 102 de temperatura externa se
encuentra conectado al aparato 2 termostático externo el cual se
encuentra conectado además a la cubierta 101 de calentamiento. El
aparato 2 termostático externo contiene también una fuente de
energía eléctrica, o puede estar conectado a una fuente de energía
externa la cual no se representa aquí. El centro de la pieza
superior de la cubierta 10 externa contiene la salida 104 para los
gases de combustión, la relación entre el área de sección
transversal de la salida 104 para los gases de combustión y el área
de sección transversal total de las entradas 103 de aire es de 1:3,
al tiempo que el espacio libre entre la superficie externa del
bloque 11 de medición y la superficie interna de la cubierta 10
externa es igual al diámetro externo del bloque 11 de medición. El
bloque 11 de medición está diseñado como un cilindro hueco
fabricado de aluminio, en el que el orificio 113 de paso a través
axial en el bloque 11 de medición tiene un diámetro que corresponde
al de la salida 104 para los gases de combustión y está orientado en
la parte superior hacia la salida 104 para los gases de combustión.
En la dirección axial, próxima al orificio 113 de paso a través
axial que se orienta axialmente, los orificios 114 de aislamiento
térmico se fabrican en los planos inferior y superior del bloque 11
de medición, al tiempo que el orificio que contiene el detector 112
de temperatura interna se fabrica en el plano inferior en la misma
dirección aunque más cerca de la circunferencia externa del bloque
11 de medición y el orificio que contiene el bloque 111 de
calentamiento eléctrico se fabrica en el plano superior. El
detector 112 de temperatura interna se encuentra interconectado con
el aparato 3 termostático interno, esto es conectado además, vía el
aparato 31 de medición de la entrada eléctrica al bloque 111 de
calentamiento eléctrico. El aparato 31 de medición se conecta
entonces a la unidad 4 de evaluación y control que se basa en un
ordenador y está conectado simultáneamente a la primera unidad 41 de
dosificación para el gas de calibración y la segunda unidad 42 de
dosificación para el gas que se somete a prueba.
El equipo según la invención funciona de la
forma siguiente. Primero, la etapa de calibración tiene lugar, es
decir, el gas de calibración con una capacidad calórica conocida con
precisión o valor calórico, se introduce en el dispositivo 1 de
medición y entra en combustión en el mismo, seguido de la medición
de la temperatura en el detector 112 interno y el almacenamiento
del valor en la memoria del aparato de medición, y entonces tiene
lugar la etapa de medición, que implica la introducción del gas que
se somete a prueba en el dispositivo 1 de medición, su combustión
en el dispositivo de medición, con la medición de la entrada
eléctrica al bloque 111 de calentamiento eléctrico mediante el
aparato de medición y mantenimiento simultáneo, mediante el aparato
3 termostático, la temperatura del bloque 11 de medición medida en
el detector 112 interno al mismo valor que se determinó y almacenó
en la memoria durante la etapa de calibración; el valor del calor de
combustión del gas que se somete a prueba se determina entonces a
partir de la diferencia entre el valor de la capacidad calórica del
gas de calibración y la de la capacidad calórica del bloque de
calentamiento eléctrico, al tiempo que la temperatura de la
cubierta 10 externa se mantiene en un valor constante, por medio de
la medición de temperatura que usa el detector 102 externo y con
posterioridad la regulación de la capacidad calórica del bloque 111
de calentamiento eléctrico, con regulación mediante el aparato 2
termostático externo. La etapa de calibración se repite cada 30
minutos durante el proceso de medición, al tiempo que se realizan 6
mediciones del valor del calor de combustión del gas sometido a
prueba por hora el cual, en vista de los requisitos actuales, se
puede considerar como una medición continua. El equipo descrito
anteriormente ha permitido las mediciones con una precisión
caracterizada por desviaciones que no exceden 1% del valor exacto
del valor calórico verificado por las mediciones de laboratorio y
por el control con otros gases de calibración.
En vista del control y monitorización por
ordenador del proceso de medición, no hay ningún problema para
crear, básicamente mediante medios de software, la denominada
fusión térmica que normalmente cierra la entrada de gas a los
sistemas de calefacción cuando se interrumpe el suministro de gas,
para evitar la explosión o contaminación por gas no quemado al
reiniciar el suministro. En este caso se genera una señal de error y
alarma cuando la unidad 4 de control registra que la capacidad
calórica de la compensación del bloque 111 de calentamiento
eléctrico no satisface por más tiempo la compensación de la
capacidad calórica decreciente del gas que se somete a prueba en el
bloque 11 de medición, es decir, que la combustión en el bloque 11
de medición se interrumpió realmente. La entrada de gases se cierra
entonces y el instrumento requiere la intervención por el
personal.
En lo que respecta a la continuidad de la
medición, la medición se puede considerar continua, excepto para
las etapas de calibración. Sin embargo, estas interrupciones no
evitan denominar la medición continua, según el criterio actual
para la medición continua se requiere que al menos se realicen 6
mediciones por hora. El equipo descrito en este documento permite
al menos 6 mediciones por hora sin ningún problema, con una
frecuencia de calibración de hasta cada 30 minutos, que incluye los
períodos de tiempo requerido para el establecimiento y
estabilización de la temperatura en el aparato 1 de medición,
después de las etapas de calibración.
El equipo según la invención se puede usar para
cualquier medición del valor calórico de gases combustibles, sin
embargo, es especialmente adecuado para mediciones continuas,
completamente automatizadas del valor calórico de gas natural y de
gases de caldeo similares para lo cual tal medición se requiere
según las regulaciones de facturación actual. Comprensiblemente, el
equipo es igualmente aplicable con facilidad para las sustancias en
el estado gaseoso que son designadas como gases y aquellas que se
designan como vapores.
Claims (10)
1. El dispositivo (1) de medición de valor
calórico para gases, que comprende una cubierta (10) externa con
calentamiento controlado termostáticamente y con al menos una
entrada (103) de aire para la introducción de aire y al menos una
entrada (105) de gas para la introducción del gas que se va a
someter a prueba o para la introducción del gas de calibración, y
un bloque (11) de medición colocado dentro de la cubierta (10)
externa, caracterizado porque la cubierta (10) externa es
cilíndrica, encontrándose equipada con una cubierta (101) de
calentamiento sobre su superficie externa y su parte inferior
contiene un detector (102) externo de un termómetro remoto
eléctrico del aparato (2) termostático externo colocado axialmente
en la pared, y un bloque (11) de medición resulta también
cilíndrico con un orificio (113) de paso a través axial, se
encuentra localizado coaxialmente dentro de la cubierta (10)
externa y su pieza superior está equipada con un detector (112)
interno insertado axialmente de un termómetro remoto eléctrico del
aparato (3) termostático interno, al tiempo que la cubierta (101)
de calentamiento y el detector (102) externo y también el bloque
(111) de calentamiento eléctrico y el detector (112) interno se
encuentran interconectados vía el aparato (2, 3) termostático
interno y externo, ajustado para mantener un valor de temperatura
constante mediante regulación de la entrada eléctrica al bloque
(111) de calentamiento eléctrico o de la entrada eléctrica a la
cubierta (101) de calentamiento en la que el aparato (31) de
medición de la entrada eléctrica del bloque (111) de calentamiento
se encuentra conectado por el cable conductor eléctrico al bloque
(111) de calentamiento eléctrico.
2. Dispositivo (1) de medición de valor calórico
para gases, según la reivindicación 1, caracterizado porque
la cubierta (10) externa y el bloque (11) de medición están
fabricados de un material metálico.
3. Dispositivo (1) de medición de valor calórico
para gases según la reivindicación 1, caracterizado porque
la cubierta (10) externa y el bloque (11) de medición están
fabricados de una aleación basada en cobre o aluminio.
4. Dispositivo (1) de medición de valor calórico
para gases según la reivindicación 1, caracterizado porque
existe un espacio libre entre la superficie externa del bloque (11)
de medición y la superficie interna de la cubierta (10) externa, en
la que una anchura del espacio libre es igual a 0,3 - 3,0 múltiple
del diámetro externo del bloque (11) de medición.
5. Dispositivo (1) de medición de valor calórico
para gases según la reivindicación 1, caracterizado porque
el área en sección transversal total de las salidas (104) para los
gases de combustión es igual a
1,1 - 2,0 múltiple del área de sección transversal total de la entrada o entradas (103) de aire.
1,1 - 2,0 múltiple del área de sección transversal total de la entrada o entradas (103) de aire.
6. Dispositivo (1) de medición de valor calórico
para gases según la reivindicación 1, caracterizado porque
existen al menos dos entradas (103) de aire en la cubierta (10)
externa y que están perforadas en un ángulo o divergen del eje
longitudinal del bloque (11) de medición.
7. Dispositivo (1) de medición de valor calórico
para gases según la reivindicación 1, caracterizado porque
el bloque (111) de calentamiento eléctrico y/o el detector (112)
interno están colocados en el bloque (11) de medición más cercano a
su circunferencia que a su orificio (113) de su paso a través
axial.
8. Dispositivo (10) de medición de valor
calórico para gases según la reivindicación 1, caracterizado
porque se forma una cavidad (114) entre la posición del bloque
(111) de calentamiento eléctrico y/o el detector (112) interno y el
orificio (113) de paso a través axial y un cuerpo (115) de
protección fabricado de una materia térmicamente aislante se
encuentra colocado en la posición de la cavidad (114).
9. El dispositivo (1) de medición de valor
calórico para gases según la reivindicación 1, caracterizado
porque el aparato (3) termostático interno está adaptado para
regulación de la entrada eléctrica al bloque (111) de calentamiento
eléctrico, dentro de un intervalo de 5 a 50% de la entrada de
calentamiento del gas de calibración que entra en combustión en el
dispositivo de medición (1).
10. El procedimiento de funcionamiento del
dispositivo (1) de medición del valor calórico construido según la
reivindicación 1, caracterizado porque primero la etapa de
calibración tiene lugar implicando la introducción y combustión de
un gas de calibración con un calor de combustión conocido
exactamente en el dispositivo de medición (1), seguido por la
medición del valor de temperatura en el detector (112) interno y que
lo almacena en la memoria del aparato de medición, seguido por la
etapa de medición que consiste en la introducción y combustión del
gas que se somete a prueba en el dispositivo (1) de medición, con
medición simultánea, por medio del aparato (31) de medición de la
entrada eléctrica al bloque (111) de calentamiento eléctrico y que
mantiene, por medio del aparato (3) termostático interno, la
temperatura del bloque (11) de medición medida en el detector (112)
interno, al mismo valor que el determinado y almacenado en la
memoria durante la etapa de calibración, y el valor del calor de
combustión del gas que se somete a prueba se determina a partir de
la diferencia entre el valor del calor de combustión del gas de
calibración y el valor de la entrada de calentamiento del bloque
(111) de calentamiento eléctrico, que mantiene la temperatura de la
cubierta (10) externa en el valor constante durante las etapas de
calibración y medición.
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