ES2308835T3 - Procedimiento y disposicion para la determinacion del caudal e un material transportado de modo pulsante. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la determinación del caudal de un material transportado mediante una bomba a émbolos para material consistente (1) de modo pulsante a través de un tubo de transporte (22), caracterizado porque en un punto de medición (50) del tubo de transporte (22) se mide una señal de ruido estructural generada por el material transportado fluente pulsante, porque la señal de ruido estructural es deducida de un ruido de flujo o de fricción del material transportado fluente pulsante producido en el tubo de transporte (22) en la zona del punto de medición (50), porque se determina la evolución de intensidad o amplitudes de la señal de ruido estructural medida, derivando de ello la duración de impulso de las señales de ruido estructural medidas en las distintas carreras de compresión de la bomba a émbolos para material consistente, porque se especifica o mide la duración de carrera del émbolo de la bomba a émbolos para material consistente en las diferentes carreras de compresión, y porque se evalúa la duración de impulsos de la señal de ruido estructural medida en relación con la duración de carrera del émbolo para determinar el caudal.
Description
Procedimiento y disposición para la
determinación del caudal de un material transportado de modo
pulsante.
El invento trata de un procedimiento y un
dispositivo para la determinación del caudal de un material
transportado mediante una bomba a émbolos para material consistente
de modo pulsante a través de un tubo de transporte.
Como materiales consistentes se deben entender a
continuación mezclas sólidos/líquidos con más o con menos
componentes sólidos, como se presentan, por ejemplo, en lodos de
clarificación parcialmente desaguados, mezclas granalla de
carbón/líquido u hormigón. Las bombas a émbolo para materiales
consistentes presentan, generalmente, dos cilindros impulsores,
cuyas aberturas frontales entran en un contenedor de alimentación de
material y pueden conectarse alternadamente durante la carrera de
compresión a través de un tubo oscilante con el tubo de transporte
y, abierto hacia atrás, con el contenedor de alimentación de
material durante la carrera de aspiración mediante succión del
material a transportar. Los cilindros impulsores son accionados a
contrafase mediante cilindros de accionamiento. En la determinación
del caudal debe tenerse en cuenta, que el material transportado no
ocupa todo el volumen de los cilindros impulsores, debido a la
succión de aire e inclusiones de aire. Más bien, en cada carrera de
compresión debe comprimirse primero a la presión de transporte antes
que la columna del material a transportar en el tubo de transporte
pueda ponerse en movimiento. Consecuentemente, el caudal del
material transportado mediante una bomba a émbolos a través de un
tubo de transporte resulta de
(1)q =
vV_{z}r
donde V_{z} significa el volumen
de los cilindros impulsores, v la frecuencia de carrera o cantidad
de carreras y r < 1 el coeficiente de llenado de los cilindros
impulsores.
Frecuentemente, el coeficiente de llenado r se
adopta como un factor constante. En ello, no se tiene en cuenta,
que el coeficiente de llenado puede ser influenciado, porque la
presión absoluta en la tubería de transporte depende de magnitudes
perturbadoras, como longitud, constitución, forma y sección de la
tubería de transporte, así como de la viscosidad del material
transportado, y que la cantidad de aire aspirada puede variar
ampliamente en función de la consistencia y precompresión del
material transportado succionado en la carrera de aspiración del
contenedor de alimentación de material y según el nivel en el
contenedor de alimentación de material. La suposición de un nivel
de llenado constante produce frecuentemente errores no tolerables en
la determinación del flujo volumétrico de materiales
consistentes.
Para evitar dicho inconveniente, según técnicas
conocidas (DE-C 40 35 518) ya se sacan conclusiones
a partir de la evolución de flujo y presión en la tubería de
transporte, en el sentido de la duración del tiempo de compresión y
de la duración del tiempo efectivo de transporte. De la relación
entre el tiempo de transporte efectivo y el tiempo total de carrera
dado el caso, teniendo adicionalmente en consideración los tiempos
muertos, puede determinarse el coeficiente de llenado del cilindro
impulsor para cada carrera, concretamente en forma independiente de
las causas que pueden llevar a un coeficiente de llenado variable.
Como magnitud de medida para determinar el tiempo efectivo de
transporte, en los procedimientos conocidos se mide la presión de
transporte en la tubería de transporte de forma continua o a
intervalos de tiempo especificados, pudiendo comprobarse, a partir
de la evolución de amplitudes de la presión de transporte medida en
función del tiempo, tanto la distancia temporal entre carreras de
compresión consecutivas para determinar la cantidad de carreras,
como el coeficiente de llenado del cilindro impulsor para
determinar el volumen de transporte efectivo en cada carrera de
compresión. Debido a que el nivel de presión media en el tubo de
transporte puede variar temporalmente por diferentes motivos, por
ejemplo porque
- la columna de transporte a lo largo de la
tubería de transporte puede tener diferentes alturas y,
consecuentemente, modificarse la presión estática,
- la resistencia a la impulsión en la tubería de
transporte varía en la tubería de transporte en función de la
diferente consistencia, del accionamiento de válvulas o el agregado
de tuberías de transporte,
- se modifica la viscosidad y/o densidad del
medio de bombeado,
- el sensor de presión es perjudicado en su
función por ensuciamiento o depósitos del material transportado,
pudiendo resultar adulteraciones en las señales a evaluar y
producirse mediciones incorrectas. Para evitar dicha desventaja, ya
ha sido propuesto el uso de un monitor caudalométrico, que comprende
un emisor y receptor ultrasónico dispuesto en la zona de la tubería
de transporte (DE-A 42 06 576). Los ensayos han
demostrado, que las señales en función del flujo, presentes en este
caso, tienen propensión a fallos y no permiten conclusiones fiables
respecto del estado de flujo del material transportado en la tubería
de transporte.
Además, según técnicas conocidas
(EP-0 519 752 A2 y EP-0 519 754 A2)
en un flujo bifásico (gas/líquido) se llega a una magnitud para el
caudal de fluido mediante un sensor para la medición de señales de
ruido estructural, generado por un material transportado
fluente.
\newpage
Consecuentemente, el invento tiene el objetivo
de desarrollar un procedimiento y una disposición del tipo
mencionado inicialmente, con lo cual, con reducida propensión a
fallos es posible una medición exacta de los caudales de flujo de
materiales transportados pulsantes.
Para conseguir este objetivo, se proponen las
combinaciones de características indicadas en las reivindicaciones
1 y 9. Configuraciones y perfeccionamientos ventajosos del invento
resultan de las subreivindicaciones.
La esencia del invento consiste en que en un
punto de medición del tubo de transporte se mide una señal de ruido
estructural generada por el material transportado fluente de modo
pulsante, y que la señal de ruido estructural medida se evalúa para
determinar el caudal. Los ruidos de flujo o de fricción pueden
amplificarse mediante un cambio de la sección transversal o una
inhomogeneidad de la pared del tubo de transporte en la zona del
punto de medición. Otra mejora en este sentido puede conseguirse,
porque la señal de ruido estructural es amplificada por medio de un
oscilador dispuesto en o dentro del tubo de transporte, y sensible a
los ruidos de flujo o fricción. La señal de ruido estructural es
medida apropiadamente mediante un sensor acústico o de movimiento
acoplado desde el exterior al tubo de transporte o incorporado en su
pared.
En este caso, según el invento, para determinar
el caudal se evalúa la duración del impulso de la señal de ruido
estructural medido en las diferentes carreras de compresión de la
bomba a émbolos para materiales consistentes. Según una
configuración preferente del invento, para determinar el caudal la
evolución de la intensidad y amplitudes de la señal de ruido
estructural es evaluada en las diferentes carreras de compresión de
la bomba a émbolos para materiales consistentes.
Para aumentar la exactitud puede elegirse de la
señal de ruido estructural medida una banda de frecuencias
definida, cuya evolución de intensidad y amplitudes es evaluada en
forma digitalizada y estadística.
Según una configuración preferente del
procedimiento, según el invento, se realizan las etapas de
procedimiento siguientes para determinar el caudal:
- el valor de intensidad de la señal de ruido
estructural es registrado durante cada carrera de émbolo en pasos
de tiempo definidos,
- hacia el final de cada carrera de émbolo se
forma de una cantidad preestablecida de valores de intensidad un
valor medio definido como nivel de transporte,
- del nivel de transporte de una carrera de
émbolo precedente se determina un margen de tolerancia limitado
hacia abajo en un factor de tolerancia < 1,
- determinando para cada carrera de émbolo la
cantidad de los valores de intensidad dentro del margen de
tolerancia y, dividiéndolo por la cantidad total de pasos de tiempo
durante una carrera de émbolo para definir el coeficiente de
llenado,
- para determinar el caudal se multiplica el
volumen de cilindro recorrido por el émbolo con el coeficiente de
llenado.
Ensayos de correlación demostraron, que el
factor de tolerancia debe elegirse apropiadamente entre 0,04 y
0,25, preferentemente de 0,07 a 0,13.
Adicionalmente a la señal de ruido estructural,
según el invento se especifica o mide la duración de carrera del
émbolo para ambas carreras de compresión individuales, evaluando la
duración de impulso de la señal de ruido estructural en relación a
la duración de carrera del émbolo, para la determinación del caudal.
Adicional o alternativamente a ello puede se especificar o medir
en las diferentes carreras de compresión, el recorrido de émbolo o
la velocidad de émbolo, comparando y evaluando para la determinación
del caudal la duración de impulso y/o evolución de intensidad o
amplitudes de la señal de ruido estructural medida con el recorrido
de émbolo o la velocidad de émbolo.
La disposición, según el invento, para
determinar el caudal de material transportado mediante una bomba a
émbolos para material consistente de modo pulsante a través de un
tubo de transporte presenta, preferentemente, un sensor dispuesto
en un punto de medición del material transportado para medir una
señal de ruido estructural generada por el material fluente
pulsante, conectado del lado de salida a una unidad de evaluación
destinada a determinar el caudal. Con ello, el sensor puede estar
configurado como un sensor de sonido o de aceleración
piezoeléctrico o como micrófono.
Otra característica del invento consiste en que
la unidad de evaluación presenta un dispositivo de conmutación y/o
una rutina de software para determinar y evaluar la duración de
impulso y/o la evolución de intensidad y amplitudes de la señal de
ruido estructural medida en cada carrera de compresión de la bomba a
émbolos para material consistente. Para facilitar la evaluación se
aplica, adicionalmente, a la unidad de evaluación señales de
movimiento o mando de la bomba a émbolos para materiales
consistentes.
Para amplificar las señales de ruido estructural
se puede dotar el tubo de transporte en la zona de medición de un
estrechamiento de sección transversal o una inhomogeneidad de pared.
Además, en dicho punto puede disponerse un oscilador adicional que,
dado el caso, ingresa al interior del tubo y es sometido a la acción
del material transportado que pasa por delante. El sensor se puede
acoplar rígidamente al tubo de transporte o incorporar en su
pared.
Está dispuesto, apropiadamente, en un soporte
dotado de un imán, para acoplar al tubo de transporte compuesto de
material magnetizable.
Los caudales determinados mediante las señales
de ruido estructural medidas se calibran mediante la verificación
de la capacidad en litros o medición referencial. Con este
propósito, la unidad de evaluación presenta una entrada de
calibración para el caudal a determinar.
A continuación, el invento se muestra en mayor
detalle en base a un ejemplo de realización representado en el
dibujo en forma esquemática.
La única figura muestra un esquema de una
disposición para la medición del caudal de material transportado
mediante una bomba a émbolos para material consistente a través de
un tubo de transporte.
La bomba a émbolos para material consistente 1
esquematizada en el dibujo se compone, básicamente, de dos
cilindros impulsores 10, 12, cuyas aberturas frontales 14, 16 entran
en un contenedor de alimentación de material 18, que puede ser
alimentado a través un dispositivo de compresión previa 17, y pueden
conectarse alternadamente durante la carrera de compresión a través
de un tubo oscilante 20 con el tubo de transporte 22 y, abierto
hacia atrás, con el contenedor de alimentación de material 18
durante la carrera de aspiración de material mediante succión del
material a transportar 24. Los cilindros impulsores 10, 12 son
accionados a contrafase mediante cilindros de accionamiento
hidráulicos 26, 28, mediante una disposición de bombeo 29 bosquejada
simbólicamente. Con dicho propósito, los émbolos impulsores 30, 32
están conectados por medio de un vástago común 34, 36 con los
émbolos 38, 40 de los cilindros de accionamiento 26, 28. En el
ejemplo de realización mostrado, con la ayuda de una bomba
hidráulica se aplica del lado émbolo a los cilindros de
accionamiento 26, 28 aceite a presión a través de tuberías a
presión 44, 46. En su extremo del lado vástago, los cilindros de
accionamiento 26, 28 están acoplados hidráulicamente entre sí
mediante una tubería de conexión 48.
En el tubo de transporte 22 se encuentra un
punto de medición 50 al que desde el exterior se conecta un sensor
configurado, por ejemplo, como captador de aceleración
piezoeléctrico. El sensor 52 es apropiado para el registro de
señales de ruido estructural, generados por ruidos de fricción y de
flujo del material transportado fluyente en el interior del tubo de
transporte 22 en el sentido de la flecha 54. En el ejemplo de
realización mostrado, para amplificar los ruidos de fricción se
encuentra dispuesto un estrechamiento de sección transversal en la
zona del punto de medición 50. La salida del sensor 52 está
conectada a través de una línea de señales 55 a un convertidor
analógico-digital, no mostrado, con la entrada de un
sistema electrónico de evaluación 56 controlado por
microprocesador, que preferentemente contiene un microordenador
monoplaca con visualización digital 58. Además, al sistema
electrónico de evaluación 56 se le aplican señales de movimiento o
control del dispositivo de bombeo 29 a través de la línea de
señales 60.
Además, el sistema electrónico de evaluación 56
contiene una entrada de calibrado 62, a través de la que puede
ajustarse el nivel indicador en un proceso de calibrado en el que se
verifica la capacidad en litros del material transportado. Con las
señales de ruido estructural se consigue que los tiempos muertos y
tiempos de compresión del flujo pulsante de material transportado
puedan eliminarse fiablemente mediante la medición de ruidos
estructurales, de modo que al determinar el caudal solamente se
tiene en cuenta el tiempo efectivo de transporte. En este proceso,
el caudal puede determinarse a partir de la evolución de amplitudes
de la señal de ruido estructural medida. Las señales de control o
mando de la bomba impulsora provenientes del dispositivo de bombeo
29 sirven ante todo para el control funcional y para la
verificación de plausibilidad de los valores detectados.
Fundamentalmente, para la evaluación de las
señales de ruido estructural medidas es posible recurrir al método
estadístico descrito en el documento DE-A 42 06
576.
En un procedimiento especialmente favorable para
la determinación del caudal a partir de la señal de ruido
estructural se han previsto las siguientes etapas de proceso:
- registro de los valores de intensidad K_{i}
de la señal de ruido estructural durante cada una de las carreras
de émbolo en pasos de tiempo t_{i} definidos en la magnitud de
algunos milisegundos,
- normalización de los valores de
intensidad,
- determinación del nivel de transporte
\overline{K} como valor medio de los últimos m (p. ej. 20) valores
de intensidad K_{i} (p. ej. 160 ms antes de alcanzar la posición
final),
- determinación de la cantidad total n de los
pasos de tiempo,
- determinación de la cantidad n_{K} de
valores de intensidad K_{i}, que se encuentran dentro de un margen
de tolerancia \overline{K} - x\overline{K} ... \overline{K} +
x\overline{K},
- determinación del coeficiente de llenado r a
partir del cociente n_{K/}n,
- determinación del caudal V por carrera de
émbolo a partir del coeficiente de llenado r y del volumen bruto
V_{z}, según la relación
V =
rV_{z}
Resumiendo, se llega a la siguiente conclusión:
El invento trata de un procedimiento y un dispositivo para la
determinación del caudal de un material transportado mediante una
bomba a émbolos para material consistente 1 de modo pulsante a
través de un tubo de transporte 22. El caudal es determinado
indirectamente por medio de una señal de ruido estructural,
generada en el tubo de transporte por el material transportado
fluente pulsante, medida desde el exterior en un punto de medición
del tubo de transporte 22 por medio de un sensor 52 y evaluada en
una unidad de evaluación 56.
Claims (15)
1. Procedimiento para la determinación del
caudal de un material transportado mediante una bomba a émbolos
para material consistente (1) de modo pulsante a través de un tubo
de transporte (22), caracterizado porque en un punto de
medición (50) del tubo de transporte (22) se mide una señal de ruido
estructural generada por el material transportado fluente pulsante,
porque la señal de ruido estructural es deducida de un ruido de
flujo o de fricción del material transportado fluente pulsante
producido en el tubo de transporte (22) en la zona del punto de
medición (50), porque se determina la evolución de intensidad o
amplitudes de la señal de ruido estructural medida, derivando de
ello la duración de impulso de las señales de ruido estructural
medidas en las distintas carreras de compresión de la bomba a
émbolos para material consistente, porque se especifica o mide la
duración de carrera del émbolo de la bomba a émbolos para material
consistente en las diferentes carreras de compresión, y porque se
evalúa la duración de impulsos de la señal de ruido estructural
medida en relación con la duración de carrera del émbolo para
determinar el caudal.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el ruido de flujo o de fricción es
amplificado mediante un cambio de la sección transversal o
inhomogeneidad de pared del tubo de transporte (22) en la zona del
punto de medición (50).
3. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la señal de ruido estructural es
amplificada mediante un oscilador sensible a los ruidos de flujo o
fricción del material transportado fluente pulsante, dispuesto en o
dentro del tubo de transporte (22).
4. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque de la señal de
ruido estructural se selecciona una banda de frecuencias definida,
cuya evolución de intensidad y amplitudes es evaluada en forma
digitalizada y estadística.
5. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se determina o
mide en las diferentes carreras de compresión el recorrido de
émbolo o la velocidad de émbolo de la bomba a émbolo para material
consistente, y porque se compara la duración de impulso y/o
evolución de intensidad o amplitudes de la señal de ruido
estructural medida con el recorrido de émbolo o la velocidad de
émbolo y se evalúa para la determinación del caudal.
6. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la señal de
ruido estructural es medida mediante un sensor acústico o de
movimiento acoplado al tubo de transporte (22) o incorporado en su
pared.
7. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el valor de
intensidad (K_{i}) de la señal de ruido estructural es registrado
durante cada carrera de émbolo en pasos de tiempo definidos, porque
hacia el final de cada carrera de émbolo se forma de una cantidad
(m) de valores de intensidad (K_{i}) un valor medio definido como
nivel de transporte (\overline{K}), porque del nivel de transporte
(\overline{K}) de una carrera de émbolo precedente se determina un
margen de tolerancia limitado hacia abajo en un factor de tolerancia
(1-x) < 1, porque con cada carrera de émbolo se
determina la cantidad (n_{K}) de los valores de intensidad
(K_{1}) situados dentro del margen de tolerancia y, para
determinar el coeficiente de llenado (r), se divide por la cantidad
total (n) de los pasos de tiempo durante una carrera de émbolo, y
porque para determinar el caudal por carrera de émbolo se multiplica
el coeficiente de llenado (r) por el volumen (V_{Z}) del cilindro
recorrido por el émbolo.
8. Procedimiento, según la reivindicación 7,
caracterizado porque el factor de tolerancia
(1-x) es seleccionado entre 0,04 y 0,25,
preferentemente entre 0,07 y 0,13.
9. Disposición para determinar el caudal de un
material transportado de modo pulsante mediante una bomba a émbolos
para material consistente a través de un tubo de transporte (22),
caracterizada por un sensor (52), dispuesto en un punto de
medición (50) del tubo de transporte (22) para la medición de una
señal de ruido estructural generada por el material transportado
fluente pulsante, conectado por el lado de salida a una unidad de
evaluación (56) para determinar el caudal, presentando la unidad de
evaluación (56) una disposición de circuito o una rutina de
software para determinar y evaluar la evolución de intensidad o
amplitudes y para determinar la duración del impulso de la señal de
ruido estructural medida en cada carrera de compresión de la bomba
a émbolos para material consistente, y pudiendo aplicarse
adicionalmente a la unidad de evaluación (56) señales de movimiento
o de control de la bomba de émbolos para materiales
consistentes.
10. Disposición, según la reivindicación 9,
caracterizada porque el sensor (52) está configurado como
sensor de sonido o de aceleración piezoeléctrico.
11. Disposición, según la reivindicación 9,
caracterizada porque el sensor está configurado como
micrófono.
12. Disposición, según una de las
reivindicaciones 9 a 11, caracterizada porque el tubo de
transporte (22) presenta en la zona del punto de medición (50) un
estrechamiento de sección transversal, una inhomogeneidad de pared
o un oscilador.
\newpage
13. Disposición, según una de las
reivindicaciones 9 a 12, caracterizada porque el sensor (52)
está acoplado rígidamente al tubo de transporte (22) o incorporado
en su pared.
14. Disposición, según una de las
reivindicaciones 9 a 13, caracterizada porque el sensor (52)
está dispuesto en un soporte que presenta un imán para acoplar al
tubo de transporte (22) compuesto de material magnetizable.
15. Disposición, según una de las
reivindicaciones 9 a 14, caracterizada porque la unidad de
evaluación (56) presenta una entrada de calibrado (62) para el
caudal a determinar.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE19812771 | 1998-03-24 | ||
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