MXPA99000725A - Disposicion para la determinacion de flujo masico de un medio gaseoso - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una disposición para la determinación del flujo de un medido gaseoso comprende un aparato (2) para la determinación de la densidad del medio gaseoso, un aparato (3) para la determinación del flujo volumétrico del medio gaseoso, y una línea de conexión (4) entre dos aparatos (2, 3).

Description

DISPOSICIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DE FLUJO MASICO DE UN MEDIO GASEOSO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una disposición para la determinación del flujo másico de un medio gaseoso . La determinación del flujo másico de un medio gaseoso tal como gas natural, y en particular gas natural comprimido, tiene una importancia particular en las plantas que envasan el gas en tanques. Sobre todo, el gas natural comprimido es cada vez más importante .como un combustible alternativo para los vehículos de motor. Con el fin de permitir una escala satisfactoria en cuanto a los vehículos impulsados con gas natural y al mismo tiempo conservar las dimensiones del contenedor del suministro de gas en el ehículo automotor dentro de límites razonables, estos contenedores de suministro típicamente se llenan con gas natural hasta presiones de alrededor de 200 bares. Para esto se han desarrollado procesos e instalaciones de llenado que permiten un llenado muy simple y rápido de los vehículos de motor de esta clase, comparable al llenado con petróleo. Un método de esta clase o una instalación de este tipo respectivamente se describe en detalle por ejemplo en la EP-A-653 385. Con el fin de llenar y vender el gas natural a los vehículos de motor en las estaciones de llenado de gas natural o las bombas de llenado es necesario determinar con exactitud la cantidad de gas con la que se llena. Por lo general, se llega al acuerdo de que la masa del gas y no su volumen es la cantidad que ha de ser cargada al cliente. Por lo tanto surge la necesidad de determinar la masa del flujo pasante del gas natural comprimido con suficiente precisión, es decir con un error de cuando mucho ±1% a ±2%. Esto sin embargo es relati amente complicado y costoso en particular cuando el gas está bajo alta presión, por ejemplo en la escala de aproximadamente 100-300 bares. Para la determinación de la masa del flujo pasante en las instalaciones de llenado de gas, tales como por ejemplo las bombas de llenado, los aparatos de medición del flujo pasante se utiliza con base en el principio de Coriolis. En los aparatos de esta clase, uno o más tubos a través de los cuales fluye el gas se ponen a oscilar. Mediante esto actúa una fuerza de Coriolis sobre el gas que fluye, lo que da por resultado que las oscilaciones del tubo o los tubos cambien en una forma que depende de la masa del flujo. Los aparatos de medición de Coriolis permiten por lo tanto una medición directa de la masa del flujo del gas. Se producen mediante medios electrónicos que son proporcionales a la masa del flujo de gas y que después se suministran por ejemplo a un aparato contador de bomba de llenado. Las mediciones de la masa del flujo pasante de esta clase, que se basan mediante el principio de Coriolis, s ó~n sin embargo aparatos muy complicados y costosos, que además reaccionan con relativa sensibilidad a las distorsiones externas. Esto representa un factor de costo considerable para las instalaciones de llenado de gas. El objetivo de la invención por lo tanto es proporcionar una disposición para la determinación de la masa del flujo pasante de un medio gaseoso que es muy simple y económica y que sin embargo permite una dete minación exacta de la masa del medio gaseoso que fluye. En particular, la disposición es adecuada para gases que están bajo alta presión.

La disposición para la determinación de la masa del flujo pasante de un medio gaseoso que satisface este objetivo se caracteriza por los aspectos de la reivindicación 1 independiente de la patente. De acuerdo con la invención, la disposición comprende por lo tanto un aparato para la determinación de la densidad del medio gaseoso, un aparato para la determinación del volumen del flujo pasante del medio gaseoso y una línea de conexión entre estos dos aparatos. En la disposición de acuerdo con la invención, la determinación de la masa del flujo pasante no se efectúa mediante una medición directa, sino en dos etapas: Por una parte la densidad actual o la densidad de operación del medio gaseoso que fluye se determina, y por la otra se efectúa una medición del flujo pasante volumétrico, ia masa del flujo pasante puede determinarse a partir de estas dos cantidades. Por medio de esta medición, la disposición de acuerdo con la invención es particularmente simple y económica, en particular cuando se compara con los aparatos de medición que se basan en el principio de Coriolis.

La determinación de la densidad del medio gaseoso se efectúa de preferencia por medio del pesado de un volumen conocido con precisión a través del cual fluye el medio gaseoso. La medición del flujo pasante volumétrico preferiblemente se realiza por medio de un rotor que está dispuesto en el flujo de gas, que tiene una pluralidad de aspas y que comprende un material magnético. A través de un transductor que es sensible a los campos magnéticos, por ejemplo a través de un detector de Hall, el movimiento giratorio de las aspas se convierte en señales eléctricas de manera que la velocidad de rotación del rotor y por lo tanto el volumen del flujo pasante pueden determinarse. La disposición de acuerdo con la invención es particularmente adecuada para las estaciones de llenado de gas. De las rei indicaciones dependientes resultan modalidades preferidas y mediciones ventajosas adicionales. La invención se explicará a continuación con más detalles con referencia a una modalidad ejemplar y con referencia a los dibujos. En los dibujos esquemáticos se muestran, pero no a escala: La Figura 1: es una representación esquemática de una modalidad ejemplar de la disposición de acuerdo con la invención, y la Figura 2: es una representación en sección de una modalidad ejemplar del aparato para la determi ación del flujo pasante volumétrica. En la siguiente descripción de la invención, se hace referencia a manera de ejemplo al uso, que es importante en la práctica, en el cual la disposición de acuerdo con la invención es una parte de una estación de llenado de gas tal como se describe en EP-A-653 585 ya mencionada. La disposición de acuerdo con la invención, es por ejemplo el componente que se proporciona con el número de referencia 8 en las Figuras 2a, 2b y 2c de la EP-A-653 585 y está diseñado como un "aparato de masa de flujo pasante". La Figura 1 muestra en una ilustración esquemática una modalidad ejemplar de la disposición de acuerdo con la invención para la determinación de la masa del flujo pasante de un medio gaseoso, que se designa en su totalidad mediante el número de referencia 1. La disposición 1 comprende un aparato 2 para la determinación de la densidad dei medio gaseoso, un aparato 3 para la determinación del flujo pasante volumétrico del medio gaseoso, y una línea de conexión 4 entre estos dos aparatos 2, 3. El aparato 2 para la determinación de la densidad comprende un dispositivo 22 para pesar y un contenedor 21 con un volumen conocido y constante. El contenedor 21 tiene una entrada 23 y una salida 24 para el medio gaseoso y está dispuesto de tal manera que su peso actual, es decir en el estado operativo, la suma de su peso vací?-? propio y el peso del medio gaseoso ubicado en el interior del cont nedor 2, puede determinarse mediante el dispositivo 22 pesador. En la modalidad ejemplar descritas en la presente, el dispositivo 22 pesador está diseñado como una plataforma sobre la cual descansa el contenedor 21 de manera que carga la plataforma con su peso. En la plataforma 22 o sobre la misma, por lo menos un detector de fuerza, por ejemplo un medidor de deformación o un circuito de puente medidor de deformación, se proporciona con el fin de permitir una determinación precisa del peso actual del contenedor 21. Los datos de las mediciones' determinadas por medio del dispositivo 22 pesador se transmiten a través de una o más líneas 7 de señal a una unidad 5 de evaluación en donde los datos por ejemplo se procesan y se evalúan adicionalmente . La entrada 23 del contenedor 21 se conecta a una línea 9 de suministro y la salida 24 a un línea 4 de flujo de salida. La línea 9 de suministro conduce por ejemplo a una unidad 6 de almacenamiento en la cual se guarda el medio gaseoso. En la modalidad de la estación de llenado de gas la unidad 6 de almacenamiento es el recipiente de suministro desde el cual el gas fluye hacia afuera durante el llenado del vehículo a su tanque, y por lo tanto corresponde a la unidad de almacenamiento 'que se proporciona con el número de referencia 3 en la EP-A-653 585. Es evidente que en tales usos en los cuales el gas está bajo presión, las líneas 4, 9 y el contenedor 21 se hacen de manera que resistan la presión. Además estas líneas 4, 9 son diseñadas de manera flexible y/o están conectadas en forma fle ible a la entrada 23 y la salida 24 respectivamente del contenedor 21 de manera que no provocan disturbios sustanciales en el pesado del contenedor 21. En la modalidad ejemplar descrita en la presente, la línea 4 de flujo de salida forma la línea de conexión que conecta los dos aparatos 2, 3.

En principio todos los aparatos de medición de flujo pasante volumétrico que se conocen per se son adecuados como un aparato 3 para la determinación del flujo pasante volumétrico. A continuación se describe una modalidad particularmente preferida con referencia a la. Figura 2 en la cual se proporciona un alojamiento 31 no magnético resistente a la presión, en particular uno metálico, en el cual se dispone un rotor 32 con una pluralidad, de aspas 33 que comprende un material magnético. El aparato 3 tiene además un transductor, de preferencia un detector 35 de Hall, que es sensible a los campos magnéticos y que convierte el movimiento de las aspas 33 a señales eléctricas que se alimentan a través de las líneas 10 de señal a la unidad 5 de evaluación (Figura 1) . Por razones prácticas, el detector 35 de Hall está dispuesto de preferencia en el exterior del alojamiento 31. En la modalidad ilustrada en la Figura 2, el rotor 32 está diseñado como una turbina axial. También es posible naturalmente formar el rotor 32 como una turbina de rueda con aletas. El rotor 32 corre hacia afuera en ambos extremos en la dirección axial hacia la flecha 34. Las flechas 34 están en cada caso sujetadas mediante un cojinete de pasador no ilustrado. El rotor 32 se pone a girar mediante el medio gaseoso que fluye, del cual la dirección del flujo se indica mediante las flechas F. Las aspas 33 o todo el rotor 32 pueden magnetizarse o tener propiedades i magnéticas permanentes. El rotor 32 con las aspas 33 puede _ fabricarse por ejemplo de un plástico, teniendo este plástico materiales magnéticos, por ejemplo en la forma de partículas, embebidas y/o provistas en su superficie. Por lo menos las aspas 33 del rotor 32 deben diseñarse en tal forma que produzcan de manera permanente un campo magnético (en el estado operativo) . En el estado operativo el rotor _32 en el alojamiento 31 se pone a girar mediante el medio que fluye, siendo la velocidad de rotación del rotor 32 sustancialmente proporcional respecto al volumen del flujo de gas pasante. Si el rotor 32 gira, entonces el paso giratorio de las aspas 33 en el detector 35 de Hall puede medirse mediante las últimas de manera que la velocidad de la rotación del rotor 32 y por lo tanto el flujo pasante volumétrico del medio gaseoso pueden determinarse . El gas fluye al alojamiento 31 a través de la abertura en el alojamiento 31 que está de lado izquierdo en la ilustración (Figura 2) en el estado operativo. Esta abertura se conecta a la salida 24 del contenedor 21 por medio de la línea 4 de conexión (Figura 1) . A través de la abertura en el alojamiento 31 a la de la derecha de acuerdo con la ilustración en la Figura 2, el medio gaseoso fluye hacia afuera del último y llega al vehículo de motor para ser llenado a través de una línea 11 de presión (Figura 1 ) . El estado operativo de la disposición se explicará ahora con referencia al ejemplo del uso en el cual se llena un vehículo de motor con gas natural comprimido. El proceso preciso de llenado puede efectuarse por ejemplo como se describe en la EP-A-653 585. A continuación, por lo tanto, únicamente los aspectos que son esenciales para la determinación de la masa del gas de salida se discutirán . El gas natural comprimido típicamente está bajo una presión operativa mayor de 100 bares, por ejemplo entre 200 y 300 bares (con referencia a una temperatura de 15°C) , en la unidad 6 de almacenamiento. Los componentes de la disposición 1 a través .de los cuales fluye el gas natural, por ejemplo el contenedor 21 y las líneas 9, 4 y 11, están diseñados de tal manera que resisten está presión. Durante el llenado el gas comprimido fluye, como se indica simbólicamente mediante las flechas sin símbolos de referencia en la Figura 1, hacia afuera de la unidad 6 de almacenamiento a través de la línea 9 de suministro, a través del contenedor 21 que está diseñado por ejemplo como una botella de presión, a través de la línea 4 de conexión, a través del aparato 3 para la determinación del flujo pasante volumétrico y a través de la línea de presión" 11 al contenedor de suministro del vehículo que va a ser llenado. Debido a que el contenedor 21 a través del cual el gas fluye tiene un volumen conocido con precisión y constante, el mismo volumen de gas está siempre presente en su interior durante el proceso' de llenado. Por medio del dis-positivo 22 pesador el peso actual del contenedor 21, es decir, su propio peso y el peso del gas momentáneamente presente en él, se determina de manera continua. Debido a que el volumen de la cantidad del gas presente en el contenedor es constante y conocido, la densidad momentánea o la densidad operativa del gas que fluye pueden determinarse en una forma muy simple a partir del pesado, tomando en consideración así mismo el propio peso conocido del contenedor 21. A través del diseño flexible de las líneas 9, 4 de suministro y de flujo de salida, es decir a través de su conexión flexible al contenedor 21 se asegura que las líneas 4, 9 prácticamente no tengan influencia que disturbe el pesado. Después de fluir a través del contenedor 21, el gas fluye sustancialmente a la misma presión y a la misma temperatura a través del alojamiento 31 del aparato 3 y mediante esto pone a girar el rotor 32. Por medio -del detector 35 de Hall, la velocidad de rotación del rotor 32 se ole termina, a partir de lo cual puede determinarse el flujo pasante volumétrico del gas natural. En la unidad 5 de evaluación, por lo tanto, se calcula la masa del flujo pasante a partir de la densidad actual del gas natural y el flujo pasante volumétrico y, por ejemplo, se alimenta a un dispositivo de pantalla de la estación de llenado de gas a través de una línea 8 de señales . De preferencia la unidad 5 de evaluación, que recibe señales tanto desde el aparato 2 para la dete minación de la densidad como desde el aparato 3 para la determinación del flujo pasante volumétrico, comprende medios electrónicos para la multiplicación de la señal de densidad actual mediante la señal de flujo pasante volumétrico con el fin de determinar así la-señal para la masa del flujo pasante. Lo.s dos aparatos 2 y 3 y la línea 4 de conexión están diseñados y dispuestos uno respecto al otro en tal forma que no están presentes un gradiente de presión sustancial ni un gradiente de temperatura sustancial entre la entrada del contenedor 21 y la salida del alojamiento 31 del aparato 3 de manera que el gas natural fluye a través de los dos aparatos 2 y 3 sustancialmente bajo la misma presión y a la misma temperatura. La entrada 23 y/o la salida 24 del contenedor 21 están diseñados de preferencia en tal forma que el efecto de culatazo provocado por el medio gaseoso que fluye es mínimo. Por esto, por ejemplo, como se ilustra en la Figura 1, la entrada 23 está diseñada de tal forma que se extiende primero como un tubo al interior del contenedor 21 y tiene allí un extremo en forma de T con dos aberturas de entrada 23a y 23b. Las dos aberturas de entra están dispuestas por lo tanto en tal forma que el gas que fluye a través de una de las aberturas 23a de entrada fluye sustancialmente en la dirección opuesta respecto al gas que fluye a trav és de la otra abertura 23 de entrada. Mediante esta medición el efecto de culatazo efectuado por el gas que entra puede reducirse por lo menos significativamente, lo que es un efecto positivo sobre la presión del pesado . i Con el fin de incrementar adicionalmente la presión de la determinación de la masa del flujo pasante, en particular aquella del pesado, esto es ventajoso si el contenedor 21 tiene una relación de peso adecuado a volumen menor de 1 kg por litro, en particular menor de 0.5 kg por litro. Los contenedores 21 que cumplen esta condición y que también son adecuados para las altas presiones operativas antes mencionadas, por ejemplo hasta 300 bares, se conocen a partir de la técnica anterior, por ejemplo como las llamadas botellas mixtas. Estas son botellas a presión que tienen una botella de aluminio delgado (llamado forro) que está rodeada por fibras de alta resistencia, por ejemplo fibras de carbón, con estas fibras estando fundidas en una resina epóxica. Las botellas de este tipo se utilizan típicamente como botellas de aire respiratorias. Su relación en peso adecuado a volumen es particularmente baja, por ejemplo 0.3 kg/1.

Son posibles numerosas variantes de la modalidad a manera de ejemplo descrita, de la cual sólo se mencionaran 2 en la presente en una lista no exhaustiva . Así pues por ejemplo, la disposición relativa de los dos aparatos 2 y 3 con respecto uno al otro en la dirección del flujo del medio gaseoso puede invertirse de manera que el medio gaseoso fluya primero a través del aparato 3 para la determinación del flujo pasante volumétrico y después a través del aparato 2 para la determinación de la densidad. El aparato 2 para la determinación de la densidad también puede diseñarse en forma análoga de acuerdo con el principio de un brazo de flexión o una balanza de brazos, estando el contenedor 21 colgado de la balanza. Con respecto a una precisión del pesado que sea tan alta como sea posible, es ventajosa si el contenedor 21 está dispuesto para quedar suelto o colgado con libertad respectivamente y con la menor fricción posible. Por medio de la invención se propone una disposición particularmente simple y económica por medio de la cual la masa del flujo pasante de un medio gaseoso, en particular un medio gaseoso bajo alta presión, puede determinarse de manera muy precisa y confiable en una forma simple. Esta disposición es adecuada en particular para las estaciones de llenado de gas y en especial aquellas para la salida del gas natural comprimido, por ejemplo en la escala de presión desde 200 a 300 bares (con- referencia a la 'temperatura de 15°C) .

Claims (11)

RE VINDICACIONES

1. Una disposición para la determl nación del flujo másico de un medio gaseoso que comprende un aparato para la determinación de la densidad del medio gaseoso, un aparato para la determinación del flujo pasante volumétrico del medio gaseoso, y una línea de conexión entre estos dos aparatos.

2. La disposición de acuerdo con la reivindicación 1, en la cual el aparato para la determinación de la densidad comprende un dispositivo pesador y un contenedor con un -volumen constante que tiene una entrada y una salida para el medio gaseoso, estando el contenedor dispuesto de tal manera que su peso actual, inclusive del medio gaseoso localizado en el interior del contenedor, puede determinarse por medio del dispositivo pesador .

3. La disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la cual la entrada del contenedor se conecta a una línea de suministro y la salida a una línea de flujo de salida, ambas líneas estando diseñadas en forma flexible y siendo resistentes a la presión, y con una de las dos líneas formando la línea de conexión.

4. La disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, con el contenedor que tiene una relación de su propio peso a su volumen que es menor de 1 kg por litro, en particular menor de 0.5 kg/1.

5. La disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, con la entrada y/o la salida del contenedor estando diseñadas de tal manera que el efecto de culatazo provocado por el medio gaseoso que fluye es mínimo.

6. La disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, con el aparato para la determinación del flujo volumétrico que tiene un alojamiento resistente a la presión, no magnético, en particular uno metálico, en el cual se dispone un rotor con una pluralidad de aspas que comprende un material magnético, y el aparato que comprende además un transductor que es sensible a los campos magnéticos y que convierte el movimiento de las aspas a señales eléctricas.

7. La disposición de acuerdo con la reivindicación 6, con el transductor estando dispuesto en el exterior del alojamiento.

8. La disposición de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, con el transductor siendo ejecutado como un detector de Hall .

9. La disposición de acuerdo con una de las eivindicaciones anteriores, la cual está diseñada para una presión operativa por arriba de 100 bares, en particular de 200 a 300 bares.

10. La disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende una unidad de evaluación que recibe señales tanto desde el aparato para la determinación de la densidad como desde el aparato para la determinación del flujo pasante volumétrico, la unidad de evaluación compre rrd e medios electrónicos para la multiplicación de la señal de densidad actual por la señal del flujo pasante volumétrico con el fin de determinar así una señal para el flujo másico pasante.

11. La estación de llenado de gas con una disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.