PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE EVALUACIÓN DEL ÍNDICE DE WOBBE DE UN GAS COMBUSTIBLE.

Procedimiento y dispositivo de evaluación del índice de Wobbe de un gas combustible La invención se refiere, de manera general, al campo de las técnicas de medición del índice de Wobbe, representándose este índice por la relación del poder calorífico de un gas combustible en la raíz cuadrada de la densidad de este gas. Mas concretamente, la invención, según un primer aspecto de sus aspectos, se refiere a un procedimiento de evaluación del índice de Wobbe de un gas combustible perteneciente a una familia de gases definida por constituyentes de naturaleza química determinada que interviene en proporciones relativas variables, comprendiendo este procedimiento un proceso de medición a lo largo del cual se efectúa una medición de caudal de gas combustible. El índice Wobbe constituye la principal magnitud característica de un combustible gaseoso et interviene como tal en los ajustes de combustión de los quemadores de gas. De este modo, en igualdad de condiciones, el caudal calorífico de un quemador es proporcional al índice de Wobbe, y su exceso de aire de pende directamente del mismo. Al estar las redes de transporte y de distribución de gas natural cada vez más en forma de malla y alimentadas por diversas fuentes de energía, el índice de Wobbe de un gas de tipo dado puede variar en proporciones no desdeñables, por ejemplo de +/- 5% en un punto dado de una red. Ahora bien, algunos procedimientos industriales, en las industrias del vidrio y de la cal especialmente, son sensibles a estas variaciones hasta el punto de necesitar la aplicación de soluciones de regulación de combustión específicas, consistiendo una de estas soluciones en integrar el resultado de una medición local del índice de Wobbe en los algoritmos de regulación. Actualmente, todos los aparatos de medición del índice de Wobbe disponibles en el mercado son relativamente complejos y por consiguiente tienen un coste elevado. Se conocen tres principios para determinar el índice de Wobbe. El primer principio consiste en asociar una medición de poder calorífico, obtenida por calorimetría o cromatografía, a una medición de densidad, obtenida por densiometría o por cromatografía. El segundo principio consiste en analizar los productos de combustión del gas en cuestión en un horno pequeño donde una muestra de este gas se quema estequiométricamente o con exceso de aire. El tercer principio consiste en medir características físicas del gas, tales como viscosidad, capacidad calorífica, etc,... y hacer una correlación entre estas mediciones y el índice de Wobbe. Se describen dos ejemplos de aplicación de este tercer principio en los documentos de patentes DE - 41 18 781 y US 4 384 792. El documento DE 41 18 781 describe de hecho un procedimiento que apunta a otras mediciones además de las del índice de Wobbe, que recurre a dos funciones de correlación de cuatro constantes, que utiliza tres mediciones de caudal, una medición de presión diferencial y una medición de temperatura, y que requiere un calibrado al metano. El documento US 4 384 792 describe un procedimiento de medición del índice de Wobbe, que recurre a una función de correlación de tres constantes, que utiliza una medición de caudal volumétrico, una medición de presión diferencial y una medición de temperatura, y que requiere un regulador de presión y un calibrado mediante gas hidrogenado. Asimismo, se conoce un dispositivo para la evaluación de índice de Wobbe a partir del documento US-A-6 119 710. Presentando estas técnicas conocidas por lo tanto una complejidad relativa, el objetivo de la invención es proponer un procedimiento de medición del índice de Wobbe más fácil de aplicar, y correlativamente, un dispositivo sensiblemente menos complejo y menos costoso que los dispositivos conocidos. Con este fin, el procedimiento de la invención, por otra parte conforme a la definición genérica dada por el preámbulo anterior, está esencialmente caracterizado porque comprende: una operación que proporciona, como medición de caudal del gas combustible, una medición de un caudal másico de este gas combustible de flujo sónico 2 E01990600 16-11-2011   a través de una restricción fluídica, tal como un orificio o una microtobera, efectuada a una presión absoluta de medición y a una temperatura absoluta de medición; un proceso de calibrado a lo largo del cual se efectúa una medición de un caudal másico de un gas de referencia de flujo sónico a través de la restricción fluídica, a una presión absoluta de referencia y a una temperatura absoluta de referencia, y un proceso de evaluación a lo largo del cual el índice de Wobbe recibe un valor ligado, por una ley afín empírica previamente establecida para la familia de gases, al producto de tres factores, representando el primer factor la relación de la medición del caudal másico del gas combustible respecto de la medición del caudal másico del gas de referencia, representando el segundo factor la relación de imágenes respectivas de las presiones absolutas de referencia y de medición por una función polinomial determinada, y representando el tercer factor la raíz cuadrada de la relación de las temperaturas absolutas de medición y de referencia. En el caso en que el gas combustible y el gas de referencia pueden tener presiones diferentes, el proceso de medición comprende una medición de la presión absoluta de medición, y el proceso de calibrado comprende una medición de la presión absoluta de referencia. Si las presiones absolutas de medición y de referencia se mantienen en un intervalo predeterminado, la función polinomial se puede asimilar a la función identidad, tomando de este modo la imagen de una presión (P) por la función polinomial determinada, la forma F(P) = P. En caso contrario, la imagen de una presión (P) por la función polinomial toma preferiblemente la forma: F(P) = P k . P (1-r) donde k y r son parámetros de construcción de la restricción fluídica. En el caso en el que el gas combustible y el gas de referencia pueden tener temperaturas diferentes, el proceso de medición comprende una medición de la temperatura absoluta de medición, y el proceso de calibrado comprende una medición de la temperatura absoluta de referencia. En estas condiciones, el gas de referencia se puede elegir libremente entre un conjunto de gases que comprende gases y mezclas gaseosas no combustibles, tales como el aire o el nitrógeno. El procedimiento de la invención comprende ventajosamente un proceso preliminar de correlación, a lo largo del cual la ley afín empírica se establece para al menos dos gases de la familia de gases. Para la evaluación del índice de Wobbe de un gas de la familia de los gases naturales, la ley afín empírica se define por una ordenada en origen igual a 18,40. En este caso, y si el aire comprimido se utiliza como gas de referencia, la ley afín empírica es definida por una pendiente igual a 19,40. Si por el contrario, el nitrógeno es utilizado como gas de referencia, la ley afín empírica es definida por una pendiente igual a 19,72. Si, siguiendo con la evaluación del índice de Wobbe de un gas de la familia de los gases naturales, se utiliza metano como gas de referencia, la ley afín empírica es definida por una pendiente igual a 33,28, La invención se refiere asimismo a un dispositivo para la aplicación del procedimiento de evaluación del índice de Wobbe tal como se ha descrito anteriormente, caracterizándose este dispositivo porque comprende una conducción que presenta una entrada y una salida, medios de admisión para guiar selectivamente, hasta la entrada de la conducción, un flujo de gas combustible a presión o un flujo de gas de referencia a presión, una restricción fluídica, tal como un orificio o una microtobera, que presenta una entrada conectada a la salida de la conducción, y una salida, y un caudalímetro másico conectado a la salida de la restricción fluídica y que proporciona una señal de salida representativa del caudal másico del gas que atraviesa esta restricción fluídica de flujo másico, así como una unidad lógica para utilizar las señales de salida del caudal másico del gas combustible y del caudal másico del gas de referencia. En los casos en los que el gas de referencia y el gas combustible se pueden utilizar en condiciones diferentes de presión y/o de temperatura, el dispositivo de la invención comprende un sensor de presión absoluta y/o un sensor de temperatura absoluta instalados en la conducción. Los medios de admisión anteriormente evocados comprenden por ejemplo una primera entrada principal para el gas combustible, una segunda entrada principal para el gas de referencia, y primeras y segundas electroválvulas respectivamente interpuestas entre la entrada de la conducción, y la primera y segunda entrada principal. 3 E01990600 16-11-2011   En este caso, el dispositivo... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe de un gas combustible (G1) que pertenece a una familia de gases definida por constituyentes de naturaleza química determinada que interviene en proporciones relativas variables, comprendiendo este procedimiento un proceso de medición a lo largo del cual se efectúa una medición de caudal de gas combustible, caracterizado porque comprende: una operación que proporciona, como medición de caudal del gas combustible, una medición (Qm1) de un caudal másico de este gas combustible (G1) de flujo sónico a través de una restricción fluídica (3), tal como un orificio o una microtobera, efectuada a una presión absoluta de medición (P1) y a una temperatura absoluta de medición (T1); un proceso de calibrado a lo largo del cual se efectúa una medición (Qm0) de un caudal másico de un gas de referencia (G0) de flujo sónico a través de la restricción fluídica (3), a una presión absoluta de referencia (P0) y a una temperatura absoluta de referencia (T0), y un proceso de evaluación a lo largo del cual el índice de Wobbe recibe un valor (W) ligado, por una ley afín empírica (W = A x Y + B) previamente establecida para la familia de gases, al producto (Y) de tres factores (Za, Zb, Zc), representando el primer factor (Za) la relación (Qm1/Qm0) de la medición del caudal másico (Qm1) del gas combustible (G1) respecto de la medición del caudal másico (Qm0) del gas de referencia (G0), representando el segundo factor (Zb) la relación (F(P0)/F(P1)) de imágenes respectivas (F(P0), F(P1))de las presiones absolutas de referencia (P0) y de medición (P1) por una función polinomial determinada (F), y representando el tercer factor (Zc) la raíz cuadrada (T1/T0) 1/2 de la relación (T1/T0)de las temperatura absolutas de medición (T1) y de referencia (T0). 2.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de medición comprende una medición de la presión absoluta de medición (P1), y porque el proceso de calibrado comprende una medición de la presión absoluta de referencia (P0). 3.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según la reivindicación 2, caracterizado porque las presiones absolutas de medición y de referencia (P1, P0) se mantienen en un intervalo predeterminado, y porque la función polinomial (F) está constituida por la función identidad, tomando la imagen de una presión (P) por la función polinomial determinada (F), la forma F(P) = P. 4.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según la reivindicación 2, caracterizado porque la imagen de una presión (P) por la función polinomial determinada (F) toma la forma: F(P) = P k . P (1-r) donde k y r son parámetros de construcción de la restricción fluídica (3). 5.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el proceso de medición comprende una medición de la temperatura absoluta (T1), y porque el proceso de calibrado comprende una medición de la temperatura absoluta de referencia (T0). 6.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el gas de referencia (G0) se puede elegir libremente entre un conjunto de gases que comprende gases y mezclas gaseosas no combustibles, tales como el aire o el nitrógeno. 7.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un proceso preliminar de correlación, a lo largo del cual la ley afín empírica (W = A x Y + B) se establece para al menos dos gases de la familia de gases. 8.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la evaluación del índice de Wobbe de un gas de la familia de los gases naturales, la ley afín empírica (W = A x Y + B) se define por una ordenada en origen (B) igual a 18,40. 9.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según la reivindicación 8, caracterizado porque el aire comprimido se utiliza como gas de referencia (G0), y porque la ley afín empírica (W = A x Y + B) es definida por una pendiente (A) igual a 19,40. 10.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según la reivindicación 8, caracterizado porque el nitrógeno es utilizado como gas de referencia (G0), y porque la ley afín empírica (W = A x Y + B) es definida por una pendiente igual a 19,72. 8 E01990600 16-11-2011   11.- Procedimiento de evaluación del índice de Wobbe según la reivindicación 8, caracterizado porque se utiliza metano como gas de referencia (G0), y porque la ley afín empírica (W = A x Y + B) es definida por una pendiente (A) igual a 33,28, 12.- Dispositivo adaptado para la evaluación del índice de Wobbe de un gas combustible (G1) que pertenece a una familia de gases definida por constituyentes de naturaleza química determinada que interviene en proporciones relativas variables, comprendiendo el dispositivo una conducción (1) que presenta una entrada (11) y una salida (12), medios de admisión (21, 22, 81, 82) para guiar selectivamente, hasta la entrada (11) de la conducción, un flujo de gas combustible (G1) a presión o un flujo de gas de referencia (G0) a presión, una restricción fluídica (3) tal como un orificio o una microtobera, que presenta una entrada (31) conectada a la salida (12) de la conducción (1), y una salida (32), así como sensor (5) de presión absoluta y un sensor (6) de temperatura absoluta instalados en la conducción (1), caracterizado porque comprende un caudalímetro másico (4) conectado a la salida (32) de la restricción fluídica (3) y que proporciona una señal de salida (Qm) representativa del caudal másico (4) del gas que atraviesa esta restricción fluídica (3) de flujo másico, así como una unidad lógica (7) para utilizar las señales de salida (Qm1, Qm0, P1, P0, T1, T0) respectivamente del caudal másico del gas combustible (G1), del flujo másico del gas de referencia (G0) de la presión absoluta de medición de la presión absoluta de referencia , de la temperatura absoluta de medición y de la temperatura absoluta de referencia del gas combustible y del gas de referencia. 13.- Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque los medios de admisión (21, 22, 81, 82) comprenden una primera entrada principal (81) para el gas combustible (G1), una segunda entrada principal (82) para el gas de referencia (G0), y primeras y segundas electroválvulas (21, 22) respectivamente interpuestas entre la entrada (11) de la conducción (1), y la primera y segunda entrada principal (81, 82). 14.- Dispositivo según la reivindicación 12 o 13, caracterizado porque la unidad lógica (7) comprende al menos tres entradas de adquisición (71, 72, 73) respectivamente conectadas al caudalímetro (4), al sensor de presión (5) y al sensor de temperatura (6), y dos salidas de mando (74, 75) respectivamente conectadas a las electroválvulas. 9 E01990600 16-11-2011   E01990600 16-11-2011