Dispositivo de determinación de las propiedades de un flujo difásico y procedimiento de puesta en práctica de este dispositivo.

Dispositivo (1) de determinación de las propiedades de un flujo difásico,

comprendiendo un primer detector (2), incluyendo un conjunto formado de un órgano emisor (3) de una radiación electromagnética, y un órgano receptor (4) de dicha radiación, dispuesto en frente del órgano emisor (3), para captar la radiación salida del órgano emisor (3) y transmitida a través del flujo (8), caracterizado porque comprende además unos medios de inyección de un trazador en una de las fases del flujo y que comprende un segundo detector (5), apto a detectar la presencia de un elemento trazador presente en una de las fases del flujo (8), presentando el primer detector (2) una baja sensibilidad al trazador detectado por el segundo detecto (5).

Dispositivo de determinación de las propiedades de un flujo difásico y procedimiento de puesta en práctica de este dispositivo Campo técnico La invención se refiere al campo de los equipos térmicos tales como los cambiadores de calor. Se refiere en particular a la instrumentación empleada en este tipo de equipo para caracterizar su funcionamiento. Se refiere específicamente a un dispositivo que permite la medida de ciertas propiedades de flujos difásicos circulando en estos equipos.

Técnicas anteriores En el campo de los equipos térmicos tales como los cambiadores de calor, el conocimiento de las condiciones de funcionamiento, y en particular de las características del flujo del o de los fluidos circulando es primordial.

En efecto, para asegurar unos resultados de cambios térmicos satisfactorios, el fluido tiene que transitar en múltiples canales dispuestos en paralelo hidráulicamente, con una equirepartición de los caudales. Pero esta distribución no está siempre asegurada sea por razones de concepción o de realización, sea por razones de procedimientos de utilización mal controlados o no adaptados, lo que puede provocar ensuciamiento, deterioración mecánica…

Con el fin de evitar este problema, los cambiadores son frecuentemente concebidos de manera sobredimensionada, con, por consiguiente, como consecuencia una ocupación de un volumen más importante y un coste más elevado.

Los fenómenos de anomalías hidráulicas son todavía más críticos en los flujos que sufren un cambio de fase.

A título de ejemplo, los evaporadores de ciclos de refrigeración que están alimentados en régimen difásico cuando están situados más abajo del manorreductor, son objeto de una búsqueda de compacidad. Para esto, el control de todos los parámetros del flujo, y en particular la homogeneidad de alimentación difásica de los diferentes canales es una apuesta mayor. En el campo dela criogenia, esta homogeneidad es delicada de controlar, de manera que se observa frecuentemente que las instalaciones comprenden un separador líquido/vapor más arriba de los cambiadores. Este separador está combinado a un distribuidor de cada una de las fases líquido y vapor, para asegurar una distribución homogénea. Evidentemente, estos equipos complementarios hacen la instalación global más compleja y más costosa.

En la práctica, la determinación de las propiedades de los flujos difásicos puede efectuarse de manera óptica, analizando el porcentaje de transmisión de una radiación electromecánica, en particular luminosa, a través de una región del flujo. Para esto, un detector constituido de un órgano emisor y de un órgano receptor está instalado por ambas parte de un conducto canalizando el flujo, siendo este conducto de un material "transparente" con relación a la radiación electromagnética emitida.

La transmisión de la luz a través de la fase gaseosa y de la fase líquida es ligeramente diferente, de manera que la radiación transmitida varía en función de la estructura del flujo. Con más precisión, la transmisión es particularmente sensible al número de entrefases liquido/gas presentes entre el emisor y el receptor.

Más elevado es el número de entrefases, más importantes son los fenómenos de reflexión sobre estas entrefases, y más débil es el porcentaje de transmisión. El análisis de la señal captada por el órgano receptor permite así identificarla tipología de la estructura del flujo. Se puede así distinguir los flujos estratificados o de olas, en el cual la transmisión es globalmente constante, puesto que existe generalmente una sola entrefase liquido/gas a nivel del flujo. Es igualmente posible identificar unos flujos llamados "de tapones" en los cuales la fase líquida ocupa la totalidad de la sección del conducto. Es igualmente posible identificar unos flujos llamados "de bolsas", en los cuales el flujo transporta unas bolsas gaseosas y por consiguiente presente un número de entrefases gas/líquido importante.

Finalmente, un caso particular se refiere a los flujos anulares en los cuales la fase gaseosa se encuentra concentrada en el centro del flujo, y transporta un número importante de gotitas; estos flujos presentan por consiguiente un número de entrefases muy importante.

Este análisis del carácter difásico del flujo presenta un gran interés puesto que permite identificar un tipo de estructura de flujo, significativo en particular de ciertos fenómenos resultando de los cambios térmicos.

En cambio, esta técnica no permite comprender unas características importantes a nivel de un flujo que son, en particular, los análisis de tiempo de estancia, que permiten conocer la manera con la cual el fluido se desplaza en el interior del flujo, y de distinguir por ejemplo los flujos de tipo "pistón" de los flujos de tipo "perfectamente mezclados".

El análisis de los tiempos de estancia es conocido por unas técnicas que son aplicables a flujos monofásicos. Así, se conocen unas técnicas basadas en el empleo de trazadores colorados, químicos o radioactivos.

Con más precisión, tal técnica consiste en inyectar un trazador en un punto del flujo, de manera a analizar en otro punto del flujo situado más abajo la evolución de su concentración, teniendo en cuenta los fenómenos hidráulicos intervenidos entre estos dos puntos de medida. Las propiedades de la difusión, así como las velocidades de flujo pueden así analizarse.

Estas técnicas empleando trazadores no pueden sin embargo aplicarse al análisis de los flujos difásicos. En efecto, en la medida en que un flujo difásico comprende dos fases presentes en cantidad variable, incluso aleatoria y sobre todo evolutiva en el seno del flujo, una señal ligada a la evolución del trazador dependería principalmente de este estructura difásica, y precisamente de la cantidad de líquido (si el trazador está inyectado en la fase líquida) presente a la vertical de un detector.

Dicho de otro modo, las variaciones muy rápidas de la estructura de un flujo difásico conducen a una señal de transmisión que está fuertemente agitada, y que no permite un análisis de la variación de la concentración de un trazador.

Uno de los objetivos de la invención es por consiguiente permitir acceder simultáneamente a unas informaciones relativas a la presencia de un trazador en una de las fases del flujo, y esto, a pesar del carácter sonoro o modulado resultando de la naturaleza difásica del flujo. Otro objetivo es llegar a un análisis tan completo como posible del flujo difásico, tanto en lo que se refiere a su topología o su estructura como a las propiedades hidrodinámicas refiriéndose a la velocidad de flujo.

Exposición de la invención La invención se refiere pues a un dispositivo de determinación de las propiedades de flujo difásico.

De manera clásica, este dispositivo comprende un primer detector que incluye un conjunto formado por un órgano emisor de una radiación electromagnética, y de un órgano receptor de la misma radiación. Estos dos órganos están dispuestos en frenteuno de otro, de tal manera que el órgano receptor capte la radiación salida del órgano emisor y transmitido a través del flujo.

De conformidad con la invención, este dispositivo se caracteriza porque comprende unos medios de inyección de un trazador en una de las fases del flujo y que comprende un segundo detector apto a detectar la presencia de un elemento trazador presente en una de las fases del flujo. El primer detector presenta una baja sensibilidad al trazador detectado por el segundo detector.

Dicho de otro modo, el dispositivo de determinación según la invención se compone de dos detectores conjuntos, uno asegurando clásicamente el análisis de una radiación transmitida, liberando una señal resultando de la naturaleza difásica del flujo. El otro detector está en cuanto a él sensible a la presencia de un trazador de manera a comprender los parámetros tales como la velocidad de flujo y la distribución de tiempo de estancia.

Ventajosamente, los detectores están dispuestos en una misma zona del flujo, de manera que la topología del flujo no se modifique entre estos dos detectores, y que las señales salidas de los dos detectores comprendan la misma componente inducida por el carácter difásico del flujo, a unadiferencia temporal más o menos, resultando de la distancia entre los detectores.

Complementariamente, en el caso en que los dos detectores son de tipo emisor/receptor... [Seguir leyendo]

1.Dispositivo (1) de determinación de las propiedades de un flujo difásico, comprendiendo un primer detector (2) , incluyendo un conjunto formado de un órgano emisor (3) de una radiación electromagnética, y un órgano receptor (4) de dicha radiación, dispuesto en frente del órgano emisor (3) , para captar la radiación salida del órgano emisor (3) y transmitida a través del flujo (8) , caracterizado porque comprende además unos medios de inyección de un trazador en una de las fases del flujo y que comprende un segundo detector (5) , apto a detectar la presencia de un elemento trazador presente en una de las fases del flujo (8) , presentando el primer detector (2) una baja sensibilidad al trazador detectado por el segundo detecto (5) .

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos detectores (2, 5) están dispuestos en una misma zona de flujo.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo detector incluye un conjunto formado de órganos emisor (6) y receptor (7) de una radiación electromagnética.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende unos medios (35) para asegurar la deconvolución de las señales (22, 24) salidas de los dos detectores (2, 5) .

5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los órganos emisores (3, 6) de los detectores son diodos electroluminiscentes.

6. Procedimiento de determinación de las propiedades de un flujo difásico, en el cual se analiza la señal (22) salida de un primer detector (2) midiendo la radiación transmitida a través del flujo (8) , caracterizado porque:

- se analiza la señal (24) salida de un segundo detector (5) sensible a la presencia de un trazador en una de las dos fases del flujo (8) ;

- se deconvoluciona las dos señales (22, 24) de manera a obtener una señal (30) tratada representativa de la evolución del trazador en el interior de la fase donde este trazador es presente.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el trazador está introducido en una de lasfases, en forma de una variación de concentración.

8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el trazador está elegido entre el grupo comprendiendo los colorantes, las sales y componentes radioactivos.

9. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque se determina la velocidad real de la fase incluyendo el trazador midiendo el tiempo de estancia del trazador entre un punto situado a la vertical del segundo detector (5) , y un punto situado a la vertical de un captador complementario (40) sensible al trazador, y dispuesto en un emplazamiento distinto sobre el flujo.

10. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque se determina la velocidad media de la fase incluyendo el trazador.

11. Procedimiento según las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque se determina el ratio a entre los volúmenes ocupados por las dos fases, a partir de las velocidades real y media de la fase incluyendo el trazador.

12. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque se determina la diferencia temporal (

T) entre las señales salidas (22, 24) de los dos detectores (25) , para obtener una información representativa de la velocidad media de transito de las entrefases entre las dos fases.