Contador de chorro único con momento de accionamiento y sensibilidad mejorados.

Contador de fluido (70) de chorro único que comprende:

una turbina (60) de once álabes regularmente espaciados con un eje de giro (G) perpendicular a unadirección original de entrada de flujo (X) del fluido;

una primera tobera (64);

un segunda tobera (65); y

una cámara de medición (63) de contador que comprende:

una primera pared superior (62) que comprende cuatro nervios superiores (11-14) y zona depared (53) alrededor del eje de giro (G) adaptada para contactar con la turbina (60);

una segunda pared inferior (61) que comprende seis nervios inferiores (41-46) y zona de pared(51) alrededor del eje de giro (G) adaptada para contactar con la turbina (60); y

una pared lateral de la cámara de medición (63) que comprende orificios de unión con la primeratobera (64) y la segunda tobera (65);

en donde:

los cuatro nervios superiores (11-14) están dispuestos de forma radial con respecto al eje de giro(G) de la turbina (60), a intervalos regulares de 90°±10° entre ellos, extendiéndose dichos nerviossuperiores (11-14) radialmente entre el 50 % y el 90 % del radio de la cámara de medición (63),siendola anchura de estos nervios entre el 10 % y el 15 % del valor del radio de la cámara demedición (63), y siendo la altura de de los nervios superiores (11-14) entre 1.5 y 1.7 veces laaltura de los nervios inferiores (41-46);

los seis nervios inferiores (41-46) están dispuestos de forma radial con respecto al eje de giro (G)de la turbina (60), a intervalos regulares de 60°± 10° entre ellos, extendiéndose dichos nerviosinferiores (41-46) radialmente entre el 60 % y el 100 % del radio de la cámara de medición (63),donde la anchura de estos miembros está entre el 10 y el 15 % del valor del radio del radio de lacámara de medición (63), y estando comprendida la altura de los nervios inferiores (41-46) entreun 20 % y un 30 % de la altura de la cámara de medición (63), y

se disponen los nervios superiores (11-14) respecto a los nervios inferiores (41-46) en unadisposición tal que:

el centro de los cuatro nervios superiores (11-14) y los seis nervios inferiores (41-46)está alineado con el eje de giro (G) de la turbina (60),

con dos nervios superiores (11,13) opuestos y dos nervios inferiores (41,44) opuestos enuna dirección aproximadamente paralela a la dirección original de entrada de flujo (X) delfluido,

formando el eje (1) de la primera tobera (64) un ángulo (C) del eje (1) de la tobera de entrada (64)respecto a la dirección original de entrada de flujo (X) de fluido comprendido entre 10 ° y 20 °.

Contador de chorro único con momento de accionamiento y sensibildad mejorados.

Campo técnico de la invención.

La presente invención se refiere a un contador de fluidos de chorro único que presenta una medida exacta, precisa y estable durante un amplio margen de caudales dentro de los parámetros metrológicos. Este contador presenta una cámara de contador donde un conjunto de elementos hidráulicos permiten obtener un rango de medición con unos los parámetros metrológicos de exactitud y precisión mejorados en un amplio rango de caudales, y, en especial, en caudales pequeños.

Estado de la técnica.

La presente invención se refiere a contadores de agua de chorro único. Estos contadores, como los de US6079281, GB437637 y EP0718602, se basan en el giro de la turbina que el flujo de un fluido produce cuando entra en la cámara de medición en forma de chorro que incide sobre varias de las palas o álabes de una turbina. El totalizador del contador registra el consumo a partir de las revoluciones completadas por la turbina. Así, toda desviación que se produce entre la relación establecida en el totalizador y la que realmente tiene lugar con cada caudal se traduce en un error en la medición del volumen consumido.

Por tanto las características metrológicas de un contador de chorro único vienen marcadas por su diseño hidráulico conformado por la disposición de elementos hidráulicos. Estas características metrológicas determinan la curva de error metrológica que mide la desviación del volumen medido del real debida a la relación no lineal entre el caudal y la velocidad de giro de la turbina. La curva de error metrológica del contador recoge el error cometido en todos los caudales de su rango de medida, de forma que refleja las características metrológicas del contador. Típicamente los rangos metrológicos típicos vienen descritos en la norma EN14154.

En los contadores conocidos en el estado de la técnica la curva de error metrológica sólo presenta pequeñas variaciones el rango de caudales más elevados (del orden de 1000 l/h) . Por tanto, el error se puede considerar constante y la curva de error metrológica no suele desviarse en exceso de una recta horizontal, por lo que no tiene problemas para mantenerse inscrita dentro de los límites que marca la norma. Es conocido que a caudales elevados las turbulencias producidas dentro de la cámara de medición del contador, potenciadas por el empleo de nervios, favorecen una relación lineal entre la velocidad de giro de la turbina (w) y el caudal (Q) , y por tanto el volumen de fluido que atraviesa el contador contabilizado o medido dentro de los rangos metrológicos. Típicamente el error varían está dentro del rango ± 2 % en un intervalo de caudales Q2 : Q: Q4 y en un ± 5% en un intervalo entre Q1: Q < Q2. Sin embargo, cuando los caudales disminuyen, el efecto linealizador de la turbulencia desaparece gradualmente a medida que disminuye el valor del caudal y la curva de error metrológica puede experimentar cambios más notables. Dichos cambios pueden producirse con una pendiente positiva o negativa cuando se disminuye el caudal en función, estando influidos por el diseño hidráulico del contador. Finalmente, cuando los caudales son tan pequeños (del orden o menores que 10 l/h) la fuerza del flujo se encuentra con problemas para vencer la fricción que se produce entre las diferentes partes móviles del contador, por lo que la turbina sufre pérdidas que perjudican la relación lineal entre el giro de la turbina y el caudal, y por tanto volumen contabilizado disminuye rápidamente, por lo que la curva de error metrológica cae bruscamente. Los valores de Q2 en el estado de la técnica van hasta los 10l/h, los de Q2 son típicamente de 20 l/h y los de Q4 varían hasta 5000 l/h.

Además, también contribuyen en combinación con el diseño hidráulico los efectos derivados de la fricción. Según se desprende de las simulaciones llevadas a cabo por Larraona et al. (ASME J. Fluids Engineering, 2008, Vol. 130, art. 051102) los efectos derivados de la fricción entre las partes móviles de un contador, como la turbina y la cámara de medición del mismo, juegan un papel más relevante según disminuye el caudal que atraviesa el contador. Los resultados de las simulaciones permiten obtener los efectos en las características metrológicas de los contadores de chorro único. Estos efectos a bajos caudales contribuyen a que la de la curva de error de medición sea negativa para grandes incrementos de fricción, dicha eventualidad necesita de un diseño hidráulico que minimice los efectos de la fricción, y aporte la energía suficiente para superar dichos efectos.

En particular, en el rango de caudales en los que no existe el efecto linealizador de la turbulencia, se puede concluir que el diseño hidráulico interviene de forma decisiva en la eficiencia con la que la turbina recibe la energía del fluido en función del caudal y, por tanto, la curva de error metrológica tiene una pendiente positiva o negativa como fruto del diseño hidráulico, mientras que la fricción se manifiesta como caídas en la curva metrológica.

De esta forma el contador ve limitada su sensibilidad, entendida ésta como la capacidad que tiene para realizar mediciones precisas del consumo con caudales reducidos, hasta el punto de que es incapaz de contabilizar con la exactitud requerida por los rangos metrológicos los consumos por debajo de un caudal mínimo. Esta circunstancia hace que habitualmente los contadores de chorro único no sean capaces de contabilizar los consumos originados por las fugas que se producen en las instalaciones de los abonados. Por esta razón, resulta del máximo interés poder mejorar la sensibilidad del contador reduciendo de el error observad en la curva metrológica.

Junto con la exactitud de la medida del volumen contabilizado, las características metrológicas de los contadores de chorro único son muy susceptibles tanto a accidentes hidráulicos aguas arriba del contador como a pequeñas variaciones que se produzcan en las dimensiones y la posición de los elementos que constituyen el diseño hidráulico del contador. Así, incluso cumpliendo con unas tolerancias exigentes de fabricación las curvas metrológicas de distintas unidades de un mismo diseño de contador pueden tener variaciones sustanciales en sus características metrológicas que hacen necesario habilitar una forma de regulación para inscribir dicha curva dentro de los límites establecidos por la norma. Una contribución es la variación de los parámetros hidráulicos y de fricción inducidos por el desgaste de las piezas. Este desgaste aumenta con la velocidad de giro de la turbina. Además, los depósitos calcáreos que suelen producirse sobre los diferentes elementos durante el uso pueden modificar también sus dimensiones y producir un efecto similar al anterior. Resulta, pues, de gran interés conseguir un diseño hidráulico que dote al contador de una estabilidad metrológica suficiente frente a pequeñas variaciones que pudieran surgir en el proceso de fabricación en masa o durante su uso.

Por tanto, es deseable un contador de fluido de chorro único en un rango extenso de caudales, de 5000 l/h a 4 l/h, en el que la relación lineal entre la velocidad de rotación de la turbina y el caudal, y por tanto el número de vueltas que completa la turbina sea proporcional al volumen de agua que atraviesa el contador dentro de los parámetros metrológicos. Dicha relación de proporcionalidad debe ser estable frente pequeñas variaciones en las dimensiones de los elementos hidráulicos como accidentes externos o depósitos calcáreos o tolerancias en la fabricación

Resumen de la invención El objeto de la invención es proporcionar un contador de fluido en donde la disposición y fricción de los elementos hidráulicos proporcione una gran sensibilidad para medir el volumen de fluido contabilizado en un rango extenso de caudales (de 4l/h a 5000 l/h) y particularmente que abarque caudales menores de 10 l/h. Esta sensibilidad permite que el contador pueda determinar la medida del volumen con precisión y exactitud dentro de los parámetros metrológicos reflejados en una curva de error metrológica, y presente una estabilidad metrológica tanto frente a accidentes hidráulicos aguas arriba del contador como a pequeñas variaciones que se produzcan en las dimensiones y la posición de los elementos que constituyen el diseño hidráulico del contador. Dicho contador se encuentra definido por la reivindicación 1 independiente. En un segundo aspecto inventivo se proporciona un procedimiento para contabilizar el volumen de fluido mediante el uso de un contador según la reivindicación 10 independiente.

En un primer aspecto inventivo, el contador de fluido del... [Seguir leyendo]

1. Contador de fluido (70) de chorro único que comprende:

una turbina (60) de once álabes regularmente espaciados con un eje de giro (G) perpendicular a una dirección original de entrada de flujo (X) del fluido;

una primera tobera (64) ;

un segunda tobera (65) ; y

una cámara de medición (63) de contador que comprende:

una primera pared superior (62) que comprende cuatro nervios superiores (11—14) y zona de pared (53) alrededor del eje de giro (G) adaptada para contactar con la turbina (60) ;

una segunda pared inferior (61) que comprende seis nervios inferiores (41—46) y zona de pared

(51) alrededor del eje de giro (G) adaptada para contactar con la turbina (60) ; y

una pared lateral de la cámara de medición (63) que comprende orificios de unión con la primera tobera (64) y la segunda tobera (65) ;

en donde:

los cuatro nervios superiores (11—14) están dispuestos de forma radial con respecto al eje de giro (G) de la turbina (60) , a intervalos regulares de 90°±10° entre ellos, extendiéndose dichos nervios superiores (11—14) radialmente entre el 50 % y el 90 % del radio de la cámara de medición (63) , siendola anchura de estos nervios entre el 10 % y el 15 % del valor del radio de la cámara de medición (63) , y siendo la altura de de los nervios superiores (11—14) entre 1.5 y 1.7 veces la altura de los nervios inferiores (41—46) ;

los seis nervios inferiores (41—46) están dispuestos de forma radial con respecto al eje de giro (G) de la turbina (60) , a intervalos regulares de 60°± 10° entre ellos, extendiéndose dichos nervios inferiores (41—46) radialmente entre el 60 % y el 100 % del radio de la cámara de medición (63) , donde la anchura de estos miembros está entre el 10 y el 15 % del valor del radio del radio de la cámara de medición (63) , y estando comprendida la altura de los nervios inferiores (41—46) entre un 20 % y un 30 % de la altura de la cámara de medición (63) , y

se disponen los nervios superiores (11—14) respecto a los nervios inferiores (41—46) en una disposición tal que:

el centro de los cuatro nervios superiores (11—14) y los seis nervios inferiores (41—46) 30 está alineado con el eje de giro (G) de la turbina (60) ,

con dos nervios superiores (11, 13) opuestos y dos nervios inferiores (41, 44) opuestos en una dirección aproximadamente paralela a la dirección original de entrada de flujo (X) del fluido,

formando el eje (1) de la primera tobera (64) un ángulo (C) del eje (1) de la tobera de entrada (64) 35 respecto a la dirección original de entrada de flujo (X) de fluido comprendido entre 10 ° y 20 °.

2. Contador de fluido según la reivindicación 1 en donde el radio de la cámara de medición (63) del contador es aproximadamente de 27.5 mm y la altura es aproximadamente de 21.35mm.

3. Contador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la altura de los nervios superiores 40 es aproximadamente de 1.64 veces la altura del nervios inferiores.

4. Contador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la altura de los nervios superiores es aproximadamente de 5.75 mm.

5. Contador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el ángulo (A4) entre la primera tobera (64) y el segundo nervio superior (12) es aproximadamente de 108 °.

6. Contador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que la relación entre la esfera del cojinete de giro de la turbina y la esfera del extremo superior (52) del eje sobre el que gira dicho cojinete es

3.5:1.

7. Contador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que los nervios superiores (11—14) se extienden entre un 50 y un 80 % del valor del radio de la cámara de medición alrededor del punto medio entre la pared lateral y el eje de giro (G) de la turbina (60) .

8. Contador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el ángulo (C) entre el eje (1) de la primera tobera (64) y la dirección (X) varía entre 15° y 18°.

9. Contador según la reivindicación 1 en donde: el radio de la cámara de medición (63) es aproximadamente de 27.5 mm y la altura de la cámara de medición (63) es aproximadamente de 21.35 mm; los nervios superiores (11—14) están dispuestos de forma radial, coincidiendo su intersección con el eje de giro (G) de la turbina (60) , en intervalos angulares regulares aproximadamente de 90°,

siendo cada uno de los nervios superiores (11—14) de una longitud aproximadamente de de 13

mm, una anchura (E4) aproximadamente de de 2.5 mm y una altura en el rango 5.7 a 5.8 mm; los nervios inferiores (41—46) están dispuestos de forma radial, coincidiendo su intersección con el eje de giro (G) la turbina (60) , en intervalos angulares regulares aproximadamente de 60°,

siendo cada uno de los nervios inferiores (41—46) de una longitud aproximadamente de de 17 mm, una anchura (E5) aproximadamente de 2.5 mm y una altura aproximadamente de 3.5 mm;

estando dispuestos con un nervio superior (42) y un nervio inferior (52) formando un ángulo aproximadamente de 30°, formando un ángulo (A4) entre el eje de la primera tobera (64) aproximadamente de 108°;

y la turbina (60) con un ángulo entre las once palas de la turbina (60) aproximadamente de 32.7°, siendo el radio de la turbina (60) de aproximadamente de 27mm.

10. Procedimiento de contabilización de volumen que comprende las etapas de

a. acoplar a un contador según la revalidación 1 a 9 a un elemento de contabilización (71) ;

b. acoplar el contador (71) anterior a un conducto de entrada en la primera tobera (64) y uno conducto de salida en la segunda tobera (65) ; y

c. registrar la contabilización efectuada por el elemento de contabilización (71) .