MXPA02010548A - Metodo y aparato para medir la velocidad de flujo. - Google Patents

Abstract

Un metodo y aparato para medir la velocidad de flujo de un fluido de una sola fase, particularmente un gas, a traves de un conducto. Un pulso del fluido trazador se descarga o inyecta dentro de un primer fluido que fluye a traves de un conducto, la concentracion del fluido trazador se mide como una funcion del tiempo en un punto corriente abajo de donde este se inyecta y la velocidad de flujo del primer fluido se determina con base en las medidas de concentracion. La concentracion del fluido trazador, preferentemente se muestrea substancialmente de manera continua desde donde el gas trazador pasa primero por el punto de medicion hasta que substancialmente todo el fluido trazador haya pasado por el punto de medicion y las concentraciones muestreadas se integran. La concentracion del fluido trazador preferentemente se determina midiendo la conductividad termica de la mezcla del primer fluido y el fluido trazador que es dependiente de la concentracion del fluido trazador.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA MEDIR LA VELOCIDAD DE FLUJO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método y aparato para medir la velocidad del flujo de un fluido, particularmente un gas, a través de un conducto. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Puede medirse lá velocidad de flujo de un fluido a través de un tubo usando los métodos de "tiempo de trayectoria" en los cuales un marcador se introduce dentro del fluido que fluye en un tubo y se mide el tiempo que toma el marcador para que viaje una distancia conocida a lo largo de un tubo. Un método tal se divulga en la patente US 5646354 en la cual la radiación de microonda se inyecta dentro de una corriente que fluye del material para calentar el material en ese punto. Un detector de temperatura se posiciona en una distancia preferida desde el punto en el cual el material que fluye se calienta y se mide el tiempo que toma el material caliente en alcanzar la temperatura del detector. Sin embargo, un número de problemas se originan con los métodos de "tiempo de trayectoria" en medir la velocidad de flujo. Por ejemplo, el volumen entre el punto en el cual el marcador se introduce y el punto en el cual el marcador se detecta debe conocerse exactamente. Esto puede dificultar determinar sí el conducto a través del cual el fluido fluye es difícil de tener acceso, tal como si éste es subterráneo. Además, el conducto a través del cual el marcador viaja deberá ser lineal ya que cualquier curva llevaría a una incertidumbre en cuanto a la distancia real viajada por el marcador que podría seguir una de un número de trayectorias alrededor de la curva. Así un medidor de "tiempo de escape o vuelo" tal deberá ser difícil de aplicar en muchas circunstancias tal como en la red de suministro de gas de transmisión local a consumidores pues los tubos de una red tal generalmente están en subterráneo, ocultos, y tiene muchas curvas. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es un objetivo de la presente invención ser capaz de medir la velocidad de flujo de un fluido a través de un conducto mientras se superan uno o más problemas mencionados . De acuerdo a un primer aspecto de la presente invención, un método de medir la velocidad de flujo de un primer fluido substarícialmente de una sola fase, que fluye a través de una conducto comprende: descargar una cantidad conocida o determinable de una fluido trazador dentro de un primer fluido que fluye a través de un conducto; medir la concentración del fluido trazador como una función del tiempo en un punto adecuado corriente abajo a través de un conducto; medir la concentración del fluido trazador como una función del tiempo en un punto adecuado corriente abajo de donde este se descarga, y determinar la velocidad de flujo del primer fluido a través del conducto, dependiente de la cantidad molar de un fluido trazador descargado y la concentración medida del fluido trazador en el punto adecuado corriente abajo. Usando esta técnica, la velocidad de flujo de un fluido puede determinarse independiente de o sin la necesidad de detalles de una geometría del conducto o una longitud lineal larga del conducto. La concentración del fluido trazador puede medirse más de una vez o substancialmente continuamente o muestrearse durante el paso del fluido trazador a lo largo del punto de medición y las concentraciones medidas integradas o sumadas. La concentración del fluido trazador preferentemente se mide de donde el fluido trazador primero pasa por el punto de muestreo hasta que todo del fluido trazador inyectado haya pasado. La velocidad de flujo del primer fluido se determina preferentemente dependiente de la cantidad molar del fluido trazador inyectado así como también de su concentración medida en el punto corriente abajo. El primer fluido y el fluido trazador preferentemente son fluidos de una sola fase, más preferentemente gases a las temperaturas ambientales. La concentración del gas trazador preferentemente se determina midiendo la conductividad térmica de la mezcla del primer fluido y el fluido trazador. De acuerdo a un segundo aspecto de la presente invención, un aparato para medir la velocidad de flujo de un primer fluido substancialmente de una sola fase a través de un conducto comprende : un dispositivo para descargar una cantidad molar conocida o determinable del fluido trazador dentro .del primer fluido que fluye en un conducto; medios para medir la concentración del fluido trazador en " un punto corriente abajo desde donde el dispositivo de descarga se prepara para descargar el fluido trazador, y medios de control para determinar la velocidad de flujo de un primer fluido a través de un conducto, dependiente de la concentración del fluido trazador medido por los medios de medición. Los medios para medir la concentración del fluido trazador preferentemente comprenden medios para medir la conductividad térmica de la mezcla del primer fluido y el fluido trazador y medios para convertir la medición de la conductividad térmica dentro de una valor correspondiente indicativo de la concentración del fluido trazador en la mezcla. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención además se describe a manera de ejemplo con referencia a los dibujos acompañantes, en que La Figura 1 en forma de diagrama muestra un arreglo para medir la velocidad de flujo de un fluido a través de un conducto; La Figura 2 muestra el arreglo de la Figura 1 en más detalle; La Figura 3 muestra una forma preferida del detector de la concentración del fluido, y La Figura 4 muestra un perfil de concentración del trazador medido. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se muestra en la Figura .1, se provee un conducto para contener un fluido que fluye a través del mismo con una velocidad de flujo Q con un dispositivo 2 para descargar o inyectar una cantidad molar conocida o determinable del fluido trazador dentro del conducto 1 y un detector 3, corriente abajo del inyector 2, para medir la concentración del fluido trazador cuando este pase. Un medio de control 4 conectado al detector 3 se arregla para determinar la velocidad de flujo Q del fluido que fluye a través del conducto 1 con base en la cantidad molar del fluido trazador inyectado y la concentración del fluido trazador medido por el detector 3. La Figura 2 muestra el aparato que mide la velocidad de flujo de la Figura 1 en más detalle. En este ejemplo el conducto 1 es un tubo arreglado para transportar el gas combustible. Sin embargo, la invención es aplicable para la medición de la velocidad de flujo y cualquier fluido tal como el aire u otros gases. El inyector 2 comprende una recipiente 21 de carga preparado para ser descargado con el fluido trazador de una concentración conocida, en este caso helio al .100%, de una fuente 22 adecuada tal como un cilindro de helio vía una válvula 23. La válvula 23 se controla por medio de control 4, que puede ser una computadora portátil o un medio de procesamiento por ejemplo, vía la línea de control 21 para suministrar el recipiente de carga 21 con el helio cuando se requiera. El recipiente de carga 21 se provee con un detector de presión 24 y un detector de temperatura 25 para medir la presión y la temperatura respectivamente del gas trazador dentro del recipiente de carga 21. El medio de control 4 mide la presión y la temperatura de los detectores 24, 25 vía las líneas 42 y 43 .respectivamente. Usando estos detectores y conociendo el volumen del recipiente de carga 21-, el medio de control 4 es capaz de determinar la cantidad molar de helio en el recipiente de carga 21. El medio de control 4 puede llenar el recipiente de carga 21 con una cantidad deseada de helio, monitoreando los detectores de presión y de temperatura 24, 25 y controlar la válvula 23. Cuando se desee hacer una medición de la velocidad de flujo Q del gas de combustible que fluye a través de un conducto 1, el medio de control 4 abre la válvula 26 vía la línea de control 44 para que una cantidad del gas trazador pase dentro del conducto 1 para mezclarse con el gas, de la velocidad • de flujo del cual se mide. El gas trazador se inyecta dentro del conducto 1 a través de una unidad de inyección para asegurar un buen mezclado con el gas combustible para obtener mediciones precisas con el detector 3. La cantidad molar del trazador inyectado se puede determinar relacionando las presiones y temperaturas iniciales y finales, y el volumen previamente determinado del recipiente de carga 21. El detector 3 puede ser cualquier dispositivo capaz de medir la concentración de fluido trazador que pasa. En este caso el detector 3 mide la carga en la conductividad térmica de la mezcla que pasa del gas combustible y del gas trazador, comparada con la conductividad térmica de solo gas combustible. Dado que los detectores de la conductividad térmica tales como aquellos producidos por Hartman & Brain de Alemania son compactos, confiables y baratos, su uso en la presente invención para determinar la concentración del gas trazador produce un dispositivo de medición de la velocidad de flujo compacto, confiable y barato. La conductividad térmica medida por el detector 3 se pasa al medio de control 4 vía la línea 45. El medio de control 4 determina un valor correspondiente a la concentración del gas trazador a partir de la conductividad térmica medida. En este ejemplo, el medio de control 4 convierte la conductividad térmica medida dentro de un valor correspondiente a la concentración del gas trazador que produciría ese cambio en la medición de la conductividad térmica, usando una concentración predeterminada almacenada en correspondencia a cada uno de los diferentes posibles cambios medidos en la conductividad térmica. Una tabla de cambios medidos en la conductividad térmica con valores correspondientes de la concentración del gas trazador se prepara con anticipación haciendo mediciones de las conductividades térmicas de las mezclas de un primer fluido en esté caso el gas natural, con diferentes cantidades del fluido trazador, en este caso el Helio. Para mediciones aún con mayor exactitud de temperatura y presión también puede hacerse en el punto donde la conductividad térmica se mide y producir • las tablas de referencia por cada combinación de temperatura y presión. El uso de una tabla así llama de referencia o búsqueda tal, considerablemente reduce la energía de procesamiento requerida que reduce el costo y el tamaño del dispositivo e incrementa su velocidad. Las tablas de búsqueda de cualquier tamaño adecuado pueden usarse dependiendo de la precisión requerida para el dispositivo. En otro ejemplo el medio de control 4 se prepara para determinar un valor correspondiente a la concentración del gas trazador a partir de las mediciones de la conductividad térmica del detector 3 usando funciones o algoritmos adecuados. Para mediciones exactas incluso mayores pueden hacerse de la temperatura y presión en que la conductividad térmica se mide y estas mediciones se toman en consideración por las funciones o algoritmos adecuados que determinan un valor correspondiente a la concentración del gas trazador además de la temperatura y presión. En este ejemplo, el conducto 1 se prepara para transportar gas natural y el gas trazador es helio al 100%. Una medición también se hace de la conductividad térmica del primer fluido sin añadir el trazador para proveer una indicación de la conductividad térmica del gas natural que puede variar con la composición. La conductividad térmica antecedente entonces se usa como una línea de base de la cual puede determinarse un cambio en la conductividad térmica.

El arreglo del detector 3 usado en este ejemplo se muestra más claramente en la Figura 3. El gas del conducto 1 se muestrea por un tubo 31 arreglado diamétricamente a través del conducto 1 con un número de orificios 32 arreglados a lo largo de la longitud del tubo 31 para recibir el gas que fluye a través del conducto 1. El gas de la muestra se transporta en el tubo 31 en una cámara de muestreo 33. La cámara de muestreo 33 presenta el gas de la muestra con el detector 34 de la conductividad térmica así como es bien conocido en la técnica, que transporta una señal indicativa eléctrica de la conductividad térmica medida por el medio de control 4 vía la línea 45. El gas de la muestra se hace regresar al conducto 1 vía el tubo de regreso 35 que en este ejemplo circunda el tubo 31. El flujo continuo del fluido de la muestra a través del arreglo 3 del detector permite hacer un muestreo continuo de la concentración del gas trazador que pasa. Alternativamente el detector 34 de la conductividad térmica podría estar posicionado en el conducto 1 directamente en el flujo del gas, de manera que el arreglo de la tubería no se requiera. Después de que el inyector 2 ha inyectado el gas trazador dentro del conducto 1, el medio de control 4 monitorea las mediciones del detector 3, que son un indicativo de que la concentración del gas trazador que pasa, tenga tiempo suficiente para asegurar que substancialmente todo del .gas trazador haya pasado por el punto de muestreo. Esto resulta en un perfil de la concentración del trazador de la forma mostrada en la figura 4 con la concentración C del trazador graficada en contra del tiempo t. El gas trazador pasa por el detector entre los tiempos ti y t2 y un nivel antecedente del gas trazador que se indica por Co- El medio de control 4 determina la velocidad de flujo Q volumétrico real del fluido a través del conducto 1 dependiente de la concentración medida del fluido trazador C usando la siguiente función: Donde V es el volumen del fluido trazador inyectado, corregido en las condiciones de la línea en el punto de medición, Ci es la concentración del fluido trazador inyectado, y C0 es el nivel antecedente medido del fluido trazador (nota: C se toma a menudo como la concentración incrementada del trazador y C0 se toma como cero) En la practica, para integrar la concentración medida del gas trazador, las mediciones de la concentración se muestrean en intervalos regulares, en este caso cada milisegundo, y las mediciones muestreadas se suman. Cualquier número adecuado de frecuencia de muestras de la concentración medida puede tomarse dependiendo de la precisión requerida. Las pruebas de la velocidad de flujo que usan el aparato anterior con un periodo de muestreo de la concentración medida de cada milisegundo. han producido resultados de la velocidad de flujo exactos dentro del 1%.

La velocidad de flujo Q volumétrica determinada por el medio de control 4 puede mostrarse en un medio de pantalla asociado con el medio de control 4 o comunicado con el dispositivo remoto adecuado. Las velocidades de flujo Q volumétricos determinados pueden almacenarse, preferentemente electrónicamente, para el análisis subsecuente. El medidor de flujo antes descrito es particularmente adecuado para su uso con tubos de transmisión de gas local, subterráneos, que entregan gas a consumidores puesto que no es necesario conocer la geometría del tubo y no se requiere una longitud recta del tubo, y también para la prueba in-situ de los medidores donde los componentes tales como los reguladores hacen difícil determinar los volúmenes internos y donde las longitudes del tubo son cortas. Muchas modificaciones pueden hacerse para el ejemplo antes descrito sin alejarse del ámbito de la invención. Por ejemplo, la invención puede usarse para determinar la velocidad de flujo de cualquier fluido tal como el gas natural o aire. Además cualquier fluido trazador puede usarse, su concentración puede medirse y puede usarse cualquier técnica para medir la concentración del fluido trazador.

Claims (32)

1. NpVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente, invención, se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES 1.- Un método para medir la velocidad de flujo de .un primer fluido de una sola fase, que fluye a través de un conducto, el método está caracterizado porque comprende descargar una cantidad molar conocida o determinable del fluido trazador dentro del primer fluido que fluye a través de un conducto"; determinar la concentración del fluido trazador en una punto adecuado corriente abajo de donde éste se descarga; y determinar la velocidad de flujo del primer fluido a. través del conducto, dependiente de la cantidad molar del fluido trazador descargado y la concentración medida del fluido trazador en el punto adecuado corriente abajo.
2. 2.- Un método de acuerdo a la reivindicación 1 , caracterizado porque la concentración del fluido trazador se determina midiendo el cambio en la conductividad térmica de la mezcla del primer fluido y el fluido trazador, comparada con la conductividad térmica de solo el primer fluido, que es una función de la concentración del fluido trazador.
3. 3.- Un método de acuerdo a la reivindicación 2, caracterizado porque la concentración del fluido trazador se determina de la conductividad térmica medida usando un medio de procesamiento usando algoritmos adecuados.
4. 4.- Un método de acuerdo a la reivindicación 2, caracterizado porque la concentración del fluido trazador se determina a partir de la conductividad térmica medida usando la taba de búsqueda o referencia.
5. 5.- Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un pulso del fluido trazador se inyecta dentro del primer fluido que fluye a través de una conducto.
6. 6.- Un método de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración del fluido trazador se mide en una pluralidad de tiempos cuando éste pasa por el punto de medición.
7. 7.- Un método de acuerdo a la 'reivindicación 2, caracterizado porque la concentración del fluido trazador se muestrea substancialmente de manera continua cuando éste pasa por el punto de medición.
8. 8. - Un método de acuerdo a la reivindicación 6 o reivindicación 7, caracterizado porque la concentración del fluido trazador se mide o se muestrea desde donde el primer gas trazador pasa por el punto de medición hasta que substancialmente todo del fluido trazador ha pasado por el punto de medición.
9. 9.- Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones ß a 8, caracterizado porque las concentraciones medidas o muestreadas del fluido trazador se suman.
10. 10.- Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque las concentraciones medidas o muestreadas del fluido trazador se integran con respecto al tiempo.
11. 11.- Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las concentraciones medidas o muestreadas se ajustan para tomar en cuenta las concentraciones del fluido trazador antecedentes.
12. 12.- Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se determina la velocidad de flujo del primer fluido a través del conducto, dependiente de la cantidad molar del fluido trazador inyectado dentro del primer fluido.
13. 13.- Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se determina la velocidad de flujo del primer fluido a través del conducto, dependiente de la concentración del fluido trazador inyectado dentro del primer fluido.
14. 14.- Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fluido trazador incluye el helio.
15. 15.- Un método de acuerdo a cualquiera de las 5 reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer fluido es un gas .
16. 16.- Un método de acuerdo a la reivindicación 15, caracterizado porque el primer fluido es un gas natural.
17. 17.- Un método para medir la velocidad de flujo de un 10 primer fluido que fluye a través de un conducto de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque se determina la velocidad de flujo independiente de la información alrededor de la geometría del conducto.
18. 18.- Un aparato para medir la velocidad de flujo de un 15 primer fluido de una sola fase, que fluye a través de un conducto, el aparato está caracterizado porque comprende un dispositivo para descargar un pulso del fluido trazador dentro de un primer fluido que fluye en un conducto; 20 determinar el medio para determinar la concentración del fluido trazador en un punto corriente abajo de donde el dispositivo de descarga se prepara para descargar el fluido trazador; y el medio de control para determinar la velocidad de 25 flujo de un primer fluido a través de una conducto •dependiente de la cantidad molar conocida o determinable del fluido trazador descargado y la concentración del fluido trazador determinada por el medio de determinación.
19. 19.- Un aparato de acuerdo a la reivindicación 18, caracterizado porque el medio de determinación incluye un medio de medición para medir el cambio en la conductividad térmica de la mezcla del primer fluido y el fluido trazador, comparada con la conductividad térmica de solo el primer fluido, que es dependiente de la concentración del gas trazador, y el medio de conversión para convertir el cambio medido en la conductividad térmica dentro en un valor correspondiente a la concentración del fluido trazador.
20. 20.- Un aparato de acuerdo a la reivindicación 19, caracterizado porque el medio de conversión convierte el cambio medido en la conductividad térmica en una concentración del fluido trazador correspondiente usando los algoritmos adecuados.
21. 21.- Un aparato de acuerdo a la reivindicación 19, caracterizado porque el medio de conversión convierte el cambio medido en la conductividad térmica en una concentración del fluido trazador correspondiente usando la tabla de búsqueda o referencia.
22. 22.- Un aparato de acuerdo a la reivindicación 18, caracterizado porque el fluido trazador se inyecta dentro del primer fluido.
23. 23.- Un aparato de acuerdo a la reivindicación 18, caracterizado porque el medio de control se prepara para recibir una pluralidad de mediciones de concentración tomadas cuando el fluido trazador pasa por el medio de medición.
24. 24.- Un aparato de acuerdo a la reivindicación 23, caracterizado porque el medio de control se prepara para recibir muestras de la concentración substancialmente continuas cuando el fluido trazador pasa por el medio de medición.
25. 25.- Un aparato de acuerdo d la reivindicación 13 o reivindicación 24, caracterizado porque el medio de control se prepara para recibir mediciones o muestras de la concentración de al menos cuando el primer fluido trazador pasa por el punto de medición hasta que substancialmente todo del fluido trazador ha pasado por el punto de medición.
26. 26.- Un aparato de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 23 a 25, caracterizado porque el medio de control suma las concentraciones medidas o muestreadas del fluido trazador.
27. 27.- Un aparato de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 23 o 25, caracterizado porque el medio de control integra las concentraciones medidas o muestreadas del fluido trazador con respecto al tiempo.
28. 28.- Un aparato de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 23 a 27, caracterizado porque el medio de control se arregla para tomar en cuenta las concentraciones del fluido trazador antecedentes en su determinación de la velocidad de flujo de un primer fluido.
29. 29.- Un aparato de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 18 a 28, caracterizado porque el medio de control se arregla para tomar en cuenta la cantidad molar del fluido trazador inyectado dentro del primer fluido mediante el dispositivo de descarga, en su determinación de la velocidad- de flujo de un primer fluido.
30. 30.- Un aparato de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 18 a 29, caracterizado porque el medio de control se arregla para tomar en cuenta la concentración del fluido trazador descargado dentro del primer fluido mediante el dispositivo de descarga, en su determinación de la velocidad de flujo de un primer fluido.
31. 31.- Un aparato de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 18 a 30, caracterizado porque el medio de control incluye un detector de la conductividad térmica para detectar la conductividad térmica del fluido que pasa, que es una función de su concentración del fluido trazador.
32. 32.- Un aparato de acuerdo a la reivindicación 18, caracterizado porque la velocidad de flujo de un fluido a través de una conducto se determina independiente de la información a cerca de la geometría del conducto a través del cual fluye el primer fluido.