ES2283168B1 - PROCEDURE AND DEVICE FOR MEASURING VOLUMETRIC, MASICAL, DENSITY, VISCOSITY AND REYNOLDS FLOW. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento y dispositivo de medida del caudal volumétrico, másico, densidad, viscosidad y reynolds. El elemento primario de captación de las magnitudes (caudal volumétrico, densidad, caudal másico, viscosidad y número de Reynolds) consiste en un tramo recto de tubería de sección transversal igual a la del conducto, el cual contiene un tubo Pitot, una resistencia fluídica basada en un haz de tubos capilares que ofrecen cierta resistencia al flujo y tres tomas de presión para la captura de dos presiones diferenciales y un densímetro. El densímetro está conectado a dos tomas de fluido ubicadas aguas arriba y aguas abajo de la resistencia fluídica (haz tubular capilar). La densidad está determinada por la medida de la carga equivalente al peso corregido del flotador rellenado con el fluido a medir.Procedure and device for measuring volumetric flow, mass, density, viscosity and reynolds. The primary element for capturing the magnitudes (volumetric flow, density, mass flow, viscosity and Reynolds number) consists of a straight section of pipe with a cross section equal to that of the conduit, which contains a Pitot tube, a fluid based resistance in a bundle of capillary tubes that offer some resistance to flow and three pressure taps to capture two differential pressures and a densimeter. The densimeter is connected to two fluid outlets located upstream and downstream of the fluidic resistance (capillary tubular beam). The density is determined by the measurement of the load equivalent to the corrected weight of the float filled with the fluid to be measured.
Description
Procedimiento y dispositivo de medida del caudal volumétrico, másico, densidad, viscosidad y Reynolds.Procedure and flow measurement device volumetric, mass, density, viscosity and Reynolds.
El objeto de la invención es la medición de caudal másico, volumétrico, densidad y viscosidad y número Reynolds de fluidos líquidos mediante la captura de tres valores de presión obtenidos en tres lugares diferentes y la densidad. Las tres medidas de presión conforman dos gradientes obtenidos respectivamente por efecto Pitot y por pérdida de carga debida a resistencia a la circulación, siendo utilizados para calcular el caudal másico. Para medir la densidad se proponen medios mecánicos.The object of the invention is the measurement of mass flow rate, volumetric density and viscosity and Reynolds number of liquid fluids by capturing three pressure values obtained in three different places and density. The three measures pressure form two gradients obtained respectively by Pitot effect and loss of load due to resistance to circulation, being used to calculate the mass flow. For Measuring density mechanical means are proposed.
Se efectúa una revisión de los elementos primarios de captura de caudal basados en la medida del gradiente de presión entre dos zonas próximas de un conducto.The elements are reviewed primary flow capture based on gradient measurement of pressure between two zones near a duct.
Los captadores de caudal basados en la medida de presión diferencial, utilizan la propiedad inherente a todo fluido en movimiento dentro de un conducto en una misma dirección, fundada en que la velocidad del fluido es una función del gradiente de presión entre dos puntos ubicados a ambos lados de una restricción en la trayectoria del fluido.Flow sensors based on the measurement of differential pressure, use the inherent property of all fluid moving within a conduit in the same direction, founded in which the velocity of the fluid is a function of the gradient of pressure between two points located on both sides of a constraint in the fluid path.
El tubo Pitot constituye el elemento primario para medir la velocidad local de un fluido dentro de un conducto.Pitot tube is the primary element to measure the local velocity of a fluid within a conduit.
Está constituido por dos tipos de ventanas captadoras de presión y abiertas al fluido.It consists of two types of windows pressure sensors and open to the fluid.
Un grupo de ventanas estáticas para captar la presión estática y la ventana dinámica única orientada transversalmente a la incidencia de la vena fluídica.A group of static windows to capture the static pressure and unique dynamic window oriented transversely to the incidence of the fluidic vein.
Si se denomina al gradiente de presión entre las dos ventanas presión diferencial Pd, la relación que asocia la presión diferencial a la velocidad del fluido está dada como,If the pressure gradient between the two differential pressure windows Pd, the relationship that associates the differential pressure at the fluid velocity is given as,
Pd = P1 - P2 = \rho\frac{v^{2}}{2}Pd = P1 - P2 = \ rho \ frac {v2} {2}
dondewhere
Pd, presión diferencial (Pa)Pd, differential pressure (Pa)
p, densidad del fluido (kg/m^{3})p, fluid density (kg / m 3)
v, velocidad del fluido (m/s)v, fluid velocity (m / s)
Entonces, la velocidad asociada al gradiente de presión está dada como,Then, the speed associated with the gradient of pressure is given as,
Para un fluido compresible se verifica queFor a compressible fluid it is verified that
dondewhere
k, relación de calores específicos (Cp/Cv) (adimensional)k, ratio of specific heats (Cp / Cv) (dimensionless)
p1, presión estática (captada transversalmente a la vena de fluido) (Pa)p1, static pressure (captured transversely to fluid vein) (Pa)
p2, presión total o dinámica captada frontalmente a la vena fluido (Pa)p2, total or dynamic pressure captured frontally to the fluid vein (Pa)
Todos los gases son de modo relevante fluidos compresibles y todos los fluidos líquidos pueden ser considerados con un aceptable error como fluidos incompresibles en términos de determinación de caudal en ambientes industriales.All gases are relevant fluids compressible and all liquid fluids can be considered with an acceptable error as incompressible fluids in terms of determination of flow in industrial environments.
La familia de captadores primarios de caudal basados en la obstrucción de la corriente o vena fluida mediante un restrictor, producen una magnitud de salida interpretada como presión diferencial. Por tanto, un transductor de presión diferencial proporciona la correspondiente magnitud asociada de caudal. Pese a que existen modelos teóricos para predecir o estimar el caudal en función del gradiente de presión, cada fluido y tipo de restrictor no sólo demanda el conocimiento experimental de coeficientes de ajuste sino, que la función no lineal cambia ligeramente de parámetros.The family of primary flow collectors based on the obstruction of the current or fluid vein by means of a restrictor, produce an output magnitude interpreted as differential pressure. Therefore, a pressure transducer differential provides the corresponding associated magnitude of flow. Although there are theoretical models to predict or estimate the flow rate depending on the pressure gradient, each fluid and type of restrictor not only demands experimental knowledge of adjustment coefficients but, that the nonlinear function changes slightly parameters.
El método obstructor o restrictor de la vena fluídica consiste en una placa orificio instalada en un tramo del conducto. El resultado de la restricción es la diferencia de presión entre dos puntos ubicados inmediatamente antes y después de la placa restrictiva.The obstructive or restrictive method of the vein fluidic consists of an orifice plate installed in a section of the conduit. The result of the restriction is the pressure difference between two points located immediately before and after the plate restrictive
A pesar de que la relación entre el caudal y la presión diferencial es una función no lineal compleja, está bien establecida (aproximación con precisión suficiente) mediante tablas. Así, el caudal volumétrico para un fluido ideal en fase líquida, lo cual significa un fluido incompresible sin fricción, está dado comoAlthough the relationship between the flow and the differential pressure is a complex nonlinear function, okay established (approximation with sufficient accuracy) by boards. Thus, the volumetric flow rate for an ideal fluid in phase liquid, which means an incompressible fluid without friction, is given as
dondewhere
Q, caudal volumétrico (m^{3}/s)Q, volumetric flow rate (m 3 / s)
Au, área de la sección no restringida (m^{2})Au, unrestricted section area (m 2)
Ad área de las secciones restringida (m^{2})Ad restricted section area (m 2)
pu, presiones antes de la placa o restricción (Pa)pu, pressures before plaque or restriction (Pa)
Pd, presiones después de la placa o restricción (Pa)Pd, pressures after plaque or restriction (Pa)
p, densidad del fluido (kg/m^{3})p, fluid density (kg / m 3)
Partiendo de que Au y Ad son constantes, la relación caudal presión es una función cuadrática semejante al modelo que describe el tubo Pitot, resultando una expresión de la formaOn the basis that Au and Ad are constant, the pressure flow ratio is a quadratic function similar to model that describes the Pitot tube, resulting in an expression of the shape
Existen diferentes modelos de placa orificio y diferentes fluidos en cuanto a características. No obstante tal diversidad, para casi todos puede ser usado este tipo de captador primario con sólo ajustar un parámetro, la constante del medidor, logrando una precisión en torno al 99%, es decir un error en torno al 1%.There are different models of hole plate and different fluids in terms of characteristics. However such diversity, for almost everyone this type of sensor can be used primary with just setting one parameter, the meter constant, achieving an accuracy around 99%, that is an error around at 1%.
En muchas aplicaciones de captación de caudal para gases se utiliza un medio restrictivo basado en la obstrucción uniforme de la sección transversal total del conducto. Como este método supone la introducción de carga al proceso de transporte del fluido, es utilizado fundamentalmente en la captación del caudal de gases de baja velocidad. Por ejemplo los sistemas de respiración asistida emplean tales tipos de medidor.In many flow capture applications a restrictive medium based on obstruction is used for gases uniform of the total cross section of the duct. Like this method involves the introduction of cargo to the transport process of the fluid, is used primarily in the collection of the flow of low speed gases. For example breathing systems assisted employ such types of meter.
Las características constructivas de resistores lineales de caudal consisten en un paquete rellenado de malla de alambre inoxidable. Las características del alambre (diámetro y superficie de contacto a fricción) conforman la resistencia uniforme al avance de la vena fluida.The construction characteristics of resistors Linear flow rates consist of a mesh filled package of stainless wire The characteristics of the wire (diameter and friction contact surface) make up the uniform resistance to the advance of the fluid vein.
En tales sistemas se puede aproximar la resistencia mediante una relación lineal en el rango de interés, con lo que se tiene una expresión fundada en la ley de Ohm según,In such systems you can approximate the resistance through a linear relationship in the range of interest, with what you have an expression based on Ohm's law according,
R = \frac{\Delta P}{Q}R = \ frac {\ Delta P} {Q}
Es evidente que tal función supone una aproximación válida solamente dentro de un estrecho rango de gradientes de presión y a determinada temperatura, para los que es realmente aplicado. La resistencia depende de la viscosidad y ésta de la temperatura y de las características del fluido. De ahí que el ajuste para determinado fluido y a determinada temperatura resulte problemático.It is evident that such a function implies a approach valid only within a narrow range of pressure gradients and at a certain temperature, for which it is really applied. The resistance depends on the viscosity and this of the temperature and the characteristics of the fluid. Hence the setting for a certain fluid and at a certain temperature It is problematic.
No se tienen conocimientos de la existencia de un sistema de medida de caudales volumétrico y másico, densidad, viscosidad y número de Reynolds mediante un dispositivo que combina la medida de presiones diferenciales obtenidas por los principios del tubo Pitot y por la resistencia al desplazamiento de fluidos dentro de un conducto asociados a la medida de densidad.There is no knowledge of the existence of a volumetric and mass flow measurement system, density, viscosity and Reynolds number using a device that combines the measurement of differential pressures obtained by the principles Pitot tube and fluid displacement resistance within a conduit associated with density measurement.
Para iniciar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integral de la misma, un juego de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:To start the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, is accompanied herein descriptive, as an integral part of it, a set of figures in which, with an illustrative and non-limiting nature, represents next:
La figura 1 muestra elemento primario de captura de presión por efecto PitotFigure 1 shows primary capture element pressure by Pitot effect
- 1.one.
- Toma de presión estática.Taking of static pressure.
- 2.2.
- Toma de la presión Pitot.Taking of Pitot pressure.
La figura 2 muestra la función presión a lo largo del conducto obstruido por placa-orificio o placa restrictora.Figure 2 shows the pressure function at duct length obstructed by hole plate or restrictor plate.
- 11.eleven.
- Gradiente de presión entre las tomas 1 y 2.Pressure gradient between intakes 1 and 2.
- 9.9.
- Toma de presión antes de la placa restrictora.Taking pressure before the restrictor plate.
- 10.10.
- Toma de presión después de la placa restrictora.Taking pressure after the restrictor plate.
La figura 3 muestra el carrete dotado de placa-orificio para captación primaria de caudal por efecto de presión diferencialFigure 3 shows the reel equipped with hole plate for primary flow collection by differential pressure effect
- 9.9.
- Toma de presión antes de la placa restrictora.Taking pressure before the restrictor plate.
- 10.10.
- Toma de presión después de la placa restrictora.Taking pressure after the restrictor plate.
- 4.Four.
- Placa restrictora.License plate restrictor
La figura 4 muestra la instalación de una resistencia lineal basada en un haz de tubos capilares.Figure 4 shows the installation of a linear resistance based on a bundle of capillary tubes.
- 5.5.
- Resistencia fluídica (haz de tubos capilares).Fluidic resistance (tube bundle capillaries)
- 1.one.
- Toma de presión antes de la resistencia (aguas arriba).Taking pressure before resistance (upstream).
- 3.3.
- Toma de presión después de la resistencia (aguas abajo).Taking pressure after resistance (downstream).
La figura 5 muestra el elemento primario de captación de caudal volumétricoFigure 5 shows the primary element of volumetric flow rate capture
- 1.one.
- Toma de presión P1 en la línea de fluido antes de la resistencia (aguas arriba).Taking of pressure P1 in the fluid line before resistance (water above).
- 2.2.
- Toma de presión P2 dentro del tubo Pitot ubicado aguas abajo de la resistencia.Taking P2 pressure inside the Pitot tube located downstream of the resistance.
- 3.3.
- Toma de presión P3 aguas abajo de la resistencia.Taking P3 pressure downstream of the resistance.
- 4.Four.
- Tubo Pitot.Tube Pitot.
- 5.5.
- Resistencia fluídica basada en un haz tubular capilar.Fluid resistance based on a beam tubular capillary
La figura 6 muestra la realización preferente del sensor de caudal volumétrico y basado en dos sensores de presión diferencialFigure 6 shows the preferred embodiment of the volumetric flow sensor and based on two sensors differential pressure
- 6.6.
- Sensor de presión diferencial.Differential pressure sensor
- 7.7.
- Calculador del caudal.Flow Calculator
- 18.18.
- Densímetro.Densimeter.
La figura 7. Realización preferente del sensor de caudal volumétrico con un solo sensor de presión diferencial dotado de válvula de tres vías y dos posiciones para selección alternativa de captura de presiones diferenciales.Figure 7. Preferred embodiment of the sensor volumetric flow rate with a single differential pressure sensor equipped with three-way valve and two positions for selection Alternative differential pressure capture.
- 6.6.
- Sensor de presión diferencialDifferential pressure sensor
- 7.7.
- Calculador del caudal.Flow Calculator
- 8.8.
- Válvula telemandada de tres vías y dos posiciones.Three-way two-way valve positions.
- 18.18.
- Densímetro.Densimeter.
La figura 8. Densímetro de líquidos con célula de carga a compresión.Figure 8. Liquid density meter with cell from load to compression.
- 12.12.
- Depósito.Deposit.
- 13.13.
- Célula de carga a compresión.Compression load cell.
- 14.14.
- Conexiones flexibles del fluido con el flotador.Flexible fluid connections with the float.
La figura 9. Densímetro de líquidos con célula de carga a extensión.Figure 9. Liquid density meter with cell from load to extension.
- 12.12.
- Depósito.Deposit.
- 13.13.
- Célula de carga a extensión.Extension load cell.
- 14.14.
- Conexiones flexibles del fluido con el flotador.Flexible fluid connections with the float.
La figura 10. Densímetro de líquidos con célula de carga a compresiónFigure 10. Liquid density meter with cell load to compression
- 17.17.
- Flotador.Float.
- 13.13.
- Célula de carga a compresión.Compression load cell.
- 15.fifteen.
- Fuelle para aislar la célula de carga del recinto del flotador por medio de una varilla transmisora de fuerza.Bellows to isolate the load cell of the float enclosure by means of a transmitter rod of force.
La figura 11. Densímetro de líquidos con transmisor de presiónFigure 11. Liquid density meter with pressure transmitter
- 17.17.
- Flotador.Float.
- 15.fifteen.
- Fuelle hermético relleno de fluido transmisor de presión hacia el sensor de presión.Hermetic fluid filled bellows Pressure transmitter to the pressure sensor.
- 16.16.
- Sensor/Transmisor de presión para medida de la densidad.Pressure Sensor / Transmitter for density measurement.
La figura 12. Esquema de una realización preferente con dos sensores de presión diferencial y el densímetro.Figure 12. Scheme of an embodiment preferred with two differential pressure sensors and the densimeter.
El elemento primario de captación de las
magnitudes citadas (caudal volumétrico, densidad, caudal másico,
viscosidad y número de Reynolds) consiste en un tramo recto de
tubería de sección transversal igual a la del conducto según la
figura 5, que contiene un tubo Pitot, una resistencia fluídica
basada en un haz de tubos capilares que ofrecen cierta resistencia
al flujo y tres tomas de presión para la captura de dos presiones
diferenciales a sa-
ber:The primary element for collecting the aforementioned quantities (volumetric flow, density, mass flow, viscosity and Reynolds number) consists of a straight section of pipe with a cross section equal to that of the conduit according to Figure 5, which contains a Pitot tube, a fluidic resistance based on a bundle of capillary tubes that offer some resistance to flow and three pressure taps for capturing two differential pressures at
ber:
- \blacklozenge\ blacklozenge
- Captura de presión diferencial por el método del tubo Pitot. Se lleva a cabo mediante la medida de presiones en las tomas 2 y 3 de la figura 5. Denominamos a este gradiente de presión \DeltaP_{p} = P_{2} - P_{3}.Pressure capture differential by the Pitot tube method. It is carried out by the measurement of pressures in sockets 2 and 3 of figure 5. We call this pressure gradient ΔP_ {p} = P2 - P_ {3}.
- \blacklozenge\ blacklozenge
- Captura de presión diferencial por el método de resistencia. Se lleva a cabo mediante la medida de presiones en las tomas 1 y 3 de la figura 5. Denominamos a este gradiente de presión \DeltaP_{R} = P_{1} - P_{3}.Pressure capture differential by the resistance method. It is carried out by the measurement of pressures in sockets 1 and 3 of figure 5. We call this pressure gradient ΔP_ {R} = P_ {1} - P_ {3}.
El densímetro (18) figuras 6 y 7, está conectado a dos tomas de fluido ubicadas aguas arriba y aguas abajo de la resistencia fluídica (haz tubular capilar) indicado también en la realización mostrada en la figura 12.The densimeter (18) figures 6 and 7, is connected to two fluid outlets located upstream and downstream of the fluid resistance (tubular capillary beam) also indicated in the embodiment shown in figure 12.
La densidad está determinada por la medida de la carga equivalente al peso corregido del flotador rellenado con el fluido a medir. Las figuras 8, 9, 10 y 11 muestran diversos procedimientos para medir la densidad. La figura 8 muestra el densímetro preferido en la aplicación, el cual consta de un depósito que al rellenarse del fluido a medir, cambia de peso. El peso total (peso del fluido mas peso del depósito) corregido por el peso del depósito y capturado en términos de carga a compresión, proporciona un valor proporcional a la densidad. Las conexiones (14) figura 8 deben ser flexibles y no perturbar o ejercer fuerza alguna sobre el depósito (12), de manera que la célula de carga (13) capte solamente el peso total debido al fluido y el depósito.Density is determined by the measure of the load equivalent to the corrected weight of the float filled with the fluid to measure. Figures 8, 9, 10 and 11 show various Density measurement procedures. Figure 8 shows the preferred densimeter in the application, which consists of a tank that when filled with the fluid to be measured, changes weight. He total weight (fluid weight plus tank weight) corrected by the tank weight and captured in terms of compression load, provides a value proportional to density. The connections (14) Figure 8 must be flexible and not disturb or exert force some on the tank (12), so that the load cell (13) capture only the total weight due to the fluid and the Deposit.
La figura 9 muestra un densímetro que opera sobre el mismo principio (mide el peso del depósito mas el líquido contenido en el mismo) sólo que la célula de carga opera por extensión. Este densímetro está colgado por la célula de carga y las conexiones al mismo no deben ejercer fuerza alguna perturbadora sobre el mismo.Figure 9 shows a densimeter that operates on the same principle (measure the weight of the tank plus the liquid contained therein) only that the load cell operates by extension. This densimeter is hung by the load cell and the connections to it should not exert any disturbing force about it.
La figura 10 mide la densidad mediante una célula de carga, la cual capta la fuerza o carga por medio de una varilla empujadora que transmite una fuerza y una palanca articulada a un flotador. La misión del fuelle (15) es la de aislar el cuerpo donde opera el flotador (17) de la célula de carga.Figure 10 measures the density by a load cell, which captures the force or load by means of a push rod that transmits a force and an articulated lever to a float. The mission of the bellows (15) is to isolate the body where the float (17) of the load cell operates.
La figura 11 mide la densidad mediante un transmisor de presión, el cual recibe la señal de presión por medio de un fuelle (15) interpuesto entre el flotador (15) y el sensor de presión (16).Figure 11 measures the density by a pressure transmitter, which receives the pressure signal through of a bellows (15) interposed between the float (15) and the sensor pressure (16).
Con los valores de las dos presiones diferenciales o gradientes de presión descritos y la densidad \rho, mediante el calculador 7 de las figuras 7, 8 y 12 se determinan las siguientes magnitudes:With the values of the two pressures described differential or pressure gradients and density \ rho, using the calculator 7 of Figures 7, 8 and 12, determine the following quantities:
- el caudal volumétrico dado por Q_{v} = A \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot \Delta P_{P}}{\rho}} = A \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot(P_{2} - P_{3})}{\rho}}- the volumetric flow rate given by Q_ {v} = A \ cdot \ sqrt {\ frac {2 \ cdot \ Delta P_ {P}} {\ rho}} = A \ cdot \ sqrt {\ frac {2 \ cdot (P_ {2} - P_ {3})} {\ rho}}
- la densidad \rho.- the density \ rho.
- el caudal másico Q_{M}, el cual viene dado por Q_{M} = \rho \cdot Q_{v}- the mass flow rate Q_ {M}, which is given by Q_ {M} = \ rho \ cdot Q_ {v}
- la viscosidad, dada por \mu = \frac{\pi \cdot R^{4} \cdot (P_{1} - P_{3}) \cdot N_{T}}{8 \cdot L \cdot Q_{v}} donde L es la longitud de la resistencia fluídica (haz tubular de capilares), R es el radio de los tubos capilares de la resistencia fluídica (haz tubular) y N_{T} es el número total de tubos capilares del haz tubular.- viscosity, given by \ mu = \ frac {\ pi \ cdot R 4 \ cdot (P_ {1} - P_ {3}) \ Nd {T}} {8 \ cdot L \ cdot Q_ {v}} where L is the length of the fluidic resistance (tubular beam of capillaries), R is the radius of the resistance capillaries fluidic (tubular beam) and N_ {T} is the total number of tubes tubular beam capillaries.
- el número de Reynolds cuya definición está dada como R_{e} = \frac{\rho \cdot V \cdot D}{\mu} donde V es la velocidad del fluido dada como V = \frac{Q_{v}}{A} = \sqrt{\frac{2 \cdot \Delta P_{P}}{\rho}} = \sqrt{\frac{2 \cdot (P_{2} - P_{3})}{\rho}} y D es el diámetro del conducto de sección transversal A.- Reynolds number whose definition is given as R_ {e} = \ frac {\ rho \ cdot V \ cdot D} {\ mu} where V is the fluid velocity given as V = \ frac {Q_ {v}} {A} = \ sqrt {\ frac {2 \ cdot \ Delta P_ {P}} {\ rho}} = \ sqrt {\ frac {2 \ cdot (P_ {2} - P_ {3})} {\ rho}} and D is the diameter of the section duct transversal A.
Para la realización de los cálculos conducentes a la determinación de las magnitudes citadas se proponen dos procedimientos:For the conduction calculations to determine the aforementioned magnitudes two are proposed procedures:
- \blacklozenge\ blacklozenge
- El uso de dos sensores de presión diferencial según se muestra en la figura 6.The use of two sensors differential pressure as shown in figure 6.
- \blacklozenge\ blacklozenge
- El uso de un solo sensor de presión diferencial según se muestra en la figura 7. En este caso es necesario capturar secuencialmente las presiones del Pitot y la presión aguas arriba de la resistencia realizando el cambio mediante una válvula telemandada de tres vías y dos posiciones.The use of a single sensor differential pressure as shown in figure 7. In this case it is necessary to sequentially capture the pressures of the Pitot and the pressure upstream of the resistance making the change by a three-way, two-position remote control valve.
Una realización preferente del elemento primario de captura multivariable se ilustra con la figura 7. Consta de las siguientes partes:A preferred embodiment of the primary element Multivariable capture is illustrated with Figure 7. It consists of the following parts:
- un densímetro (18)- a densimeter (18)
- un solo sensor de presión diferencial (6) para realizar la captura de dos presiones diferenciales alternativamente a través de la válvula (8) de tres vías y dos posiciones.- a single differential pressure sensor (6) for capture two differential pressures alternately through the three-way, two-way valve (8).
Las conexiones del único sensor de presión diferencial proceden de:The connections of the single pressure sensor differential come from:
- \blacklozenge\ blacklozenge
- Toma de la presión estática (1) de la figura 5 aguas arriba de la resistencia lineal.Pressure taking static (1) of figure 5 upstream of the resistor linear.
- \blacklozenge\ blacklozenge
- Toma del sensor de presión diferencial procedente de una válvula (8) de tres vías y dos posiciones según la figura 7.Pressure sensor socket differential from a three-way two-way valve (8) positions according to figure 7.
Una de las posiciones de la válvula (8) capta la presión aguas arriba de la resistencia y la otra posición de la válvula (8) o posición alternativa capta la presión del tubo Pitot. Con ambos valores de presión y la presión estática captada aguas abajo de la resistencia y el valor de la densidad, se calculan el caudal volumétrico, el caudal másico la viscosidad y el número de Reynolds de acuerdo a las siguientes expresionesOne of the valve positions (8) captures the upstream pressure of the resistance and the other position of the valve (8) or alternative position captures the pressure of the Pitot tube. With both pressure values and static pressure captured waters below the resistance and the density value, the volumetric flow rate, mass flow rate viscosity and number of Reynolds according to the following expressions
- Q_{v} = A \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot (P_{2} - P_{3})}{\rho}}, donde A el área de la sección transversal del tramo de conducto.- Q_ {v} = A \ cdot \ sqrt {\ frac {2 \ cdot (P_ {2} - P_ {3})} {\ rho}}, where A the cross-sectional area of the section duct
- Q_{M} = Q_{v} \cdot \rho- Q_ {M} = Q_ {v} \ cdot \ rho
- \mu = \frac{\pi \cdot R^{4} \cdot (P_{1} - P_{3}) \cdot N_{T}}{8 \cdot L \cdot Q_{v}}- \ mu = \ frac {\ pi \ cdot R 4 \ cdot (P_ {1} - P_ {3}) \ cdot N_ {T}} {8 \ cdot L \ cdot Q_ {v}}
- R_{e} = \frac{\rho \cdot V \cdot D}{\mu}- R_ {e} = \ frac {\ rho \ cdot V \ cdot D} {\ mu}
La figura 12 ilustra una configuración alternativa del sensor multivariable bajo una realización preferente con dos sensores de presión diferencial. Las señales (6) de los sensores de presión diferencial y (13) del densímetro entran el calculador (7) para determinar el caudal volumétrico, densidad, caudal másico, viscosidad y número de Reynolds.Figure 12 illustrates a configuration multivariable sensor alternative under one embodiment Preferred with two differential pressure sensors. The signals (6) of the differential pressure sensors and (13) of the densimeter enter the calculator (7) to determine the volumetric flow rate, density, mass flow rate, viscosity and Reynolds number.
Claims (5)
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- Introducción de un carrete de tubería dotado de una resistencia fluídica basada en un haz de tubos capilares, un tubo Pitot y tres tomas de presión denominadas: presión estática P1 aguas arriba de la resistencia, presión del tubo Pitot P2 ubicado aguas abajo de la resistencia y presión estática P3 aguas abajo de la resis- tencia.Introduction of a pipe reel endowed with a fluidic resistance based on a tube bundle capillaries, a Pitot tube and three pressure taps called: static pressure P1 upstream of the resistance, pressure of the Pitot P2 tube located downstream of resistance and pressure static P3 downstream of the resistor.
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- Medida de la densidad \delta.Measure of the density δ.
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- Medida de presión en los tres puntos del carrete de medida.Measure of pressure at the three points of the measuring reel.
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- Obtención de caudal volumétrico Q_{v} en base a la aplicación del algoritmo Q_{v} = A \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot (P_{2} - P_{3})}{\rho}}, donde A es el área de la sección transversal del tramo.Obtaining volumetric flow rate Q_ {v} based on the application of the algorithm Q_ {v} = A \ cdot \ sqrt {\ frac {2 \ cdot (P_ {2} - P_ {3})} {\ rho}}, where A is the section area cross section.
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- Obtención del caudal másico por aplicación de Q_{M} = Q_{v} \cdot \rho.Obtaining mass flow by application of Q_ {M} = Q_ {v} \ cdot \ rho.
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- Obtención de la viscosidad \mu aplicando \mu = \frac{\pi \cdot R^{4} \cdot (P_{1} - P_{3}) \cdot N_{T}}{8 \cdot L \cdot Q_{v}}.Obtaining viscosity µ applying \ mu = \ frac {\ pi \ cdot R 4 \ cdot (P_ {1} - P_ {3}) \ cdot N_ {T}} {8 \ cdot L \ cdot Q_ {v}}.
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- Obtención del número de Reynolds R_{e} aplicando la expresión determinada en la descripción según R_{e} = \frac{\rho \cdot V \cdot D}{\mu} = \frac{\rho \cdot \frac{Q_{v}}{A}D}{\mu} = \frac{\rho \cdot Q_{v} \cdot D}{A \cdot \mu} = \frac{\sqrt{2\rho (P_{2} - P_{3})} \cdot D}{\mu}.Obtaining the Reynolds R_ {e} number applying the expression determined in the description according R_ {e} = \ frac {\ rho \ cdot V \ cdot D} {\ mu} = \ frac {\ rho \ cdot \ frac {Q_ {v}} {A} D} {\ mu} = \ frac {\ rho \ cdot Q_ {v} \ cdot D} {A \ cdot \ mu} = \ frac {\ sqrt {2 \ rho (P_ {2} - P_ {3})} \ cdot D} {\ mu}.
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- Resistencia fluídica basada en el haz tubular de capilares.Fluid resistance based on the beam tubular capillaries.
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- Tubo Pitot ubicado aguas abajo de la resistencia fluídica.Tube Pitot located downstream of the fluidic resistance.
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- Tres tomas de presión en los siguientes puntos del tramo: P1 aguas arriba de la resistencia, P2 en el tubo Pitot ubicado aguas abajo de la resistencia y P3 aguas abajo de la resistencia.Three pressure taps at the following points of the section: P1 upstream of the resistance, P2 in the Pitot tube located downstream of the resistance and P3 downstream of the resistance.
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- Densímetro conectado al carrete.Densimeter connected to reel.
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- Medida de la densidad \delta.Measure of the density δ.
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- Medida de presión en los tres puntos del carrete de medida.Measure of pressure at the three points of the measuring reel.
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- Obtención de caudal volumétrico Q_{v} en base a la aplicación del algoritmo Q_{v} = A \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot (P_{2} - P_{3})}{\rho}}, donde A es el área de la sección transversal del tramo.Obtaining volumetric flow rate Q_ {v} based on the application of the algorithm Q_ {v} = A \ cdot \ sqrt {\ frac {2 \ cdot (P_ {2} - P_ {3})} {\ rho}}, where A is the section area cross section.
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- Obtención del caudal másico por aplicación de Q_{M} = Q_{v} \cdot \rho.Obtaining mass flow by application of Q_ {M} = Q_ {v} \ cdot \ rho.
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- Obtención de la viscosidad \mu aplicando \mu = \frac{\pi \cdot R^{4} \cdot (P_{1} - P_{3}) \cdot N_{T}}{8 \cdot L \cdot Q_{v}}.Obtaining viscosity µ applying \ mu = \ frac {\ pi \ cdot R 4 \ cdot (P_ {1} - P_ {3}) \ cdot N_ {T}} {8 \ cdot L \ cdot Q_ {v}}.
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- Obtención del número de Reynolds R_{e} aplicando la expresión determinada en la descripción según R_{e} = \frac{\rho \cdot V \cdot D}{\mu} = \frac{\rho \cdot \frac{Q_{v}}{A}D}{\mu} = \frac{\rho \cdot Q_{v} \cdot D}{A \cdot \mu} = \frac{\sqrt{2\rho (P_{2} - P_{3})} \cdot D}{\mu}.Obtaining the Reynolds R_ {e} number applying the expression determined in the description according R_ {e} = \ frac {\ rho \ cdot V \ cdot D} {\ mu} = \ frac {\ rho \ cdot \ frac {Q_ {v}} {A} D} {\ mu} = \ frac {\ rho \ cdot Q_ {v} \ cdot D} {A \ cdot \ mu} = \ frac {\ sqrt {2 \ rho (P_ {2} - P_ {3})} \ cdot D} {\ mu}.
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- Densímetro que consta de un depósito rellenable con el fluido a medir y cuyo peso es medido mediante una célula de carga que opera por compresión.Densimeter consisting of a reservoir refillable with the fluid to be measured and whose weight is measured by a load cell that operates by compression.
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- Densímetro que consta de un depósito rellenable con el fluido a medir y cuyo peso es medido mediante una célula de carga que opera por extensión.Densimeter consisting of a reservoir refillable with the fluid to be measured and whose weight is measured by a load cell that operates by extension.
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- Densímetro de flotador que transmite la fuerza del empuje de flotación por medios mecánicos a una célula de carga que opera por compresión.Float Densimeter that transmits the force of the flotation thrust by mechanical means to a cell of compression operating load.
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- Densímetro de flotador que transmite la fuerza del empuje de flotación a un fuelle intermedio transformándola en presión, y éste transmite la presión a un sensor de presión.Float Densimeter that transmits the buoyant thrust force to an intermediate bellows transforming it into pressure, and it transmits the pressure to a sensor of pressure.
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