Dispositivo para la determinación del volumen del gas de escape.

Dispositivo para la determinación del volumen del gas de escape para una instalación fija o móvil,

particularmenteuna embarcación, que comprende

- una pluralidad de redes de Bragg (5) dispuestas de manera distribuida en posiciones predeterminadas,transversalmente en relación con el sentido del flujo (4) de un gas de escape, en un conducto de gas de escape (2)de la instalación,

- una estructura de guía-ondas óptico (6) en la que se conforman las redes de Bragg (5), en donde la estructura delguía-ondas óptico (6) está conformada por, al menos, un guía-ondas óptico (7),

- al menos, una fuente de luz (22) para la emisión de luz hacia la estructura del guía-ondas óptico (6), y

- al menos, un dispositivo de procesamiento de señales (23) que determina una velocidad de flujo del gas de escapea lo largo del trayecto en la estructura del guía-ondas óptico (6), a partir de la luz retrodispersada desde las redes deBragg (5) en la estructura del guía-ondas óptico (6) en el sentido contrario a su sentido de dispersión original,caracterizado porque,

- un dispositivo calentador (10) dispuesto de manera adyacente a las redes de Bragg (5), mediante el cual sepueden calentar las redes de Bragg (5) a una temperatura superior a la temperatura del gas de escape, en dondeuna potencia térmica a liberar por el dispositivo calentador (10) se puede adaptar a la temperatura del gas deescape, o un dispositivo de enfriamiento dispuesto de manera adyacente a las redes de Bragg (5), mediante el cualse pueden enfriar las redes de Bragg (5) a una temperatura inferior a la temperatura del gas de escape, ycaracterizado porque,

- en donde el dispositivo de procesamiento de señales (23) deduce un volumen de gas de escape que fluye, a partirde la velocidad de flujo del gas de escape determinada a lo largo del trayecto en la estructura del guía-ondas óptico(6).

Dispositivo para la determinación del volumen del gas de escape La presente invención hace referencia a un dispositivo para la determinación del volumen del gas de escape para una instalación fija o móvil, particularmente una embarcación.

Las instalaciones fijas y móviles de gran tamaño, como por ejemplo, centrales eléctricas de combustibles fósiles, instalaciones industriales o también embarcaciones, contribuyen esencialmente al cambio climático mediante la expulsión de la sustancia contaminante (por ejemplo, CO2) , hacia el medio ambiente. Por lo tanto, se espera que en un futuro cercano se determine el volumen del gas de escape de esta clase de instalaciones, para poder obtener un control de las emisiones mediante certificados de emisiones.

En este aspecto, se conoce previamente la detección del volumen del gas de escape de manera indirecta mediante los parámetros de funcionamiento de una instalación, como por ejemplo, mediante el consumo de combustible, la composición del combustible, la temperatura de combustión, etc. Además, se toman como base convencionalmente los datos y las relaciones entre los parámetros del funcionamiento y el volumen del gas de escape, proporcionados por el fabricante o el usuario de una instalación de combustión o un motor de combustión interna de la instalación. Sin embargo, de esta manera no existe la posibilidad de verificar de una manera neutral e independiente, el volumen del gas de escape determinado.

La patente WO 2004/042326 A2 revela un elemento de medición para la determinación de una velocidad de flujo de un fluido que fluye por el elemento de medición, con un conductor para la conducción de una onda electromagnética a lo largo de su extensión longitudinal y, al menos, un elemento calentador eléctrico dispuesto de manera adyacente al conductor, mediante el cual se puede someter a calor al conductor. Además, se influye sobre la onda electromagnética acoplada al conductor, en correspondencia con la propia temperatura del conductor que va a depender de la velocidad de flujo del fluido.

En la bibliografía de Latka, l. y otros: "Monitorización de distribuciones de flujo no homogéneos mediante la utilización de redes de sensores de temperatura de redes de Bragg de fibra óptica", Procedimientos de SPIE, Sociedad Internacional de Ingeniería Óptica, Sensores ópticos II, revela un dispositivo de medición con sensores de redes de Bragg de fibra, para la determinación de una distribución de velocidad de flujo no homogénea de un gas que fluye.

A partir de dichos casos mencionados, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo mejorado para la determinación del volumen del gas de escape, que permita determinar con una precisión elevada el volumen del gas de escape en instalaciones fijas y móviles. Además, se indican un método para su funcionamiento, así como una utilización particularmente ventajosa del dispositivo.

Dicho objeto se resuelve mediante un dispositivo para la determinación del volumen del gas de escape de acuerdo con la reivindicación 1. Los acondicionamientos ventajosos son objeto respectivamente de las reivindicaciones relacionadas 2 a 13. Un método para el funcionamiento de un dispositivo de esta clase, es objeto de la reivindicación 14. Una utilización particularmente ventajosa del dispositivo conforme a la presente invención, es objeto de la reivindicación 15.

Un dispositivo para la determinación del volumen del gas de escape conforme a la presente invención, para una instalación fija o móvil, particularmente una embarcación, comprende una pluralidad de redes de Bragg dispuestas de forma distribuida en posiciones predeterminadas, transversalmente en relación con el sentido del flujo de un gas de escape, en un conducto de gas de escape de una instalación, que se conforman en una estructura de guía-ondas óptico conformada por, al menos, un guía-ondas óptico, en donde de manera adyacente a dichas redes de Bragg, se encuentra dispuesto ya sea un dispositivo calentador con el cual se pueden someter las redes de Bragg a calor, o un dispositivo de enfriamiento mediante el cual se pueden someter las redes de Bragg a frío.

Cuando se acopla luz en la estructura del guía-ondas óptico, dicha luz se retrodispersa en las redes de Bragg dispuestas en su interior, en el sentido contrario a su sentido de dispersión original. En este aspecto, el espectro de la luz retrodispersada depende de la constante de la red. Por otra parte, la constante de red depende de la temperatura de la red. En el caso que las redes de Bragg se calienten mediante el dispositivo calentador o bien, se enfríen mediante el dispositivo de enfriamiento, una parte de la potencia térmica o bien, de la potencia frigorífica se evacua mediante un gas de escape que fluye a través de las redes. La fracción evacuada resulta mayor en tanto mayor sea la velocidad de flujo del gas de escape. De esta manera, mediante el gas de escape que fluye en el conducto del gas de escape a través de las redes de Bragg, se influye sobre la temperatura de las redes de Bragg, es decir, se influye en mayor medida en tanto mayor sea la velocidad de flujo del gas de escape. Sin embargo, en relación con la temperatura de la red de Bragg, varía también la constante de la red. De esta manera, el espectro de la luz retrodispersada depende de la velocidad de flujo del gas de escape en la red de Bragg. Por otra parte, a partir

de la velocidad de flujo del gas de escape y de la superficie por la que fluye el gas de escape, se puede deducir el volumen del gas de escape que fluye a través de las redes.

Sin embargo, se debe considerar además que en instalaciones industriales y móviles de gran tamaño, los conductos de gas de escape pueden presentar un área de sección transversal muy extensa de hasta varios metros cuadrados. De esta manera, ya no se puede presuponer la existencia de un flujo homogéneo del gas de escape a lo largo de la sección transversal completa. Por lo tanto, una medición puntual no resultaría suficiente. Por lo tanto, una pluralidad de redes de Bragg se encuentran dispuestas de manera distribuida en posiciones predeterminadas, transversalmente en relación con el sentido del flujo del gas de escape, es decir, en un área de sección transversal del conducto de gas de escape. De esta manera, se puede realizar una medición distribuida del flujo del gas de escape sobre el área de sección transversal completa del conducto de gas de escape, con lo cual se puede lograr una precisión elevada en la determinación del volumen del gas de escape, también en el caso de flujos no homogéneos del gas de escape. Dado que los guía-ondas ópticos presentan un diámetro muy reducido y, por lo tanto, una resistencia al flujo reducida, cuando se realiza una medición distribuida del flujo de esta clase, la estructura del guía-ondas óptico representa una resistencia al flujo despreciable para el flujo de gas de escape, de manera que mediante la determinación del volumen del gas de escape no se influye en el funcionamiento de la instalación. De esta manera, el volumen del gas de escape se puede determinar de una manera directa, independientemente de la información proporcionada por el fabricante o el usuario, y con una precisión elevada.

Adicionalmente, a partir de las velocidades de flujo determinadas, se puede determinar la masa del gas de escape. Para obtener dicha información, sólo se debe determinar la densidad del gas de escape. Dicha densidad corresponde en una primera aproximación a la densidad del aire, en donde de todas maneras se debe considerar la dependencia de la densidad en relación con la temperatura. Sin embargo, la temperatura del gas de escape o bien, una distribución de la temperatura del gas de escape, se puede determinar de una manera muy simple también mediante el espectro de la luz retrodispersada en las redes de Bragg de la estructura del guía-ondas óptico. Dicha determinación se puede realizar debido a que las redes de Bragg no se calientan o bien, no se enfrían por un periodo de tiempo predeterminado, de manera que dichas redes presentan la temperatura del gas de escape.

Para la determinación de valores de medición en relación con las velocidades de flujo en las redes de Bragg, y las demás evaluaciones, el dispositivo conforme a la presente invención comprende, al menos, una fuente de luz para la emisión de luz hacia la estructura del guía-ondas óptico y, al menos, un dispositivo de procesamiento de señales que determina la velocidad de flujo del gas de escape a lo largo del trayecto en la estructura del guía-ondas óptico, a partir de la luz retrodispersada desde las redes de Bragg en la estructura del guía-ondas óptico, en el sentido contrario a su sentido de dispersión original,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la determinación del volumen del gas de escape para una instalación fija o móvil, particularmente una embarcación, que comprende

- una pluralidad de redes de Bragg (5) dispuestas de manera distribuida en posiciones predeterminadas, transversalmente en relación con el sentido del flujo (4) de un gas de escape, en un conducto de gas de escape (2) de la instalación,

- una estructura de guía-ondas óptico (6) en la que se conforman las redes de Bragg (5) , en donde la estructura del guía-ondas óptico (6) está conformada por, al menos, un guía-ondas óptico (7) ,

- al menos, una fuente de luz (22) para la emisión de luz hacia la estructura del guía-ondas óptico (6) , y

- al menos, un dispositivo de procesamiento de señales (23) que determina una velocidad de flujo del gas de escape a lo largo del trayecto en la estructura del guía-ondas óptico (6) , a partir de la luz retrodispersada desde las redes de Bragg (5) en la estructura del guía-ondas óptico (6) en el sentido contrario a su sentido de dispersión original,

caracterizado porque,

- un dispositivo calentador (10) dispuesto de manera adyacente a las redes de Bragg (5) , mediante el cual se pueden calentar las redes de Bragg (5) a una temperatura superior a la temperatura del gas de escape, en donde una potencia térmica a liberar por el dispositivo calentador (10) se puede adaptar a la temperatura del gas de escape, o un dispositivo de enfriamiento dispuesto de manera adyacente a las redes de Bragg (5) , mediante el cual se pueden enfriar las redes de Bragg (5) a una temperatura inferior a la temperatura del gas de escape, y

caracterizado porque,

- en donde el dispositivo de procesamiento de señales (23) deduce un volumen de gas de escape que fluye, a partir de la velocidad de flujo del gas de escape determinada a lo largo del trayecto en la estructura del guía-ondas óptico (6) .

2. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura del guía-ondas óptico (6) presenta secciones del guía-ondas óptico (7a) que se entrecruzan.

3. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque mediante las secciones del guía-ondas óptico que se entrecruzan (7a) se conforma una red de guía-ondas óptico (17) .

4. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la red del guía-ondas óptico (17) está conformada por un único guía-ondas óptico (7) .

5. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura del guía-ondas óptico (6) presenta un guía-ondas óptico (7) que se extiende con forma de espiral, en el cual se encuentran dispuestas las redes de Bragg (5) una detrás de otra.

6. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la potencia térmica del dispositivo calentador (10) se puede incrementar gradualmente de manera automática a partir de un valor inicial, hasta que el dispositivo de procesamiento de señales (23) determine diferencias evidentes de la temperatura a lo largo de, al menos, un guía-ondas óptico (7) , o porque el dispositivo de enfriamiento comprende, al menos, un tubo (8) en el que se encuentra dispuesto, al menos, un guía-ondas óptico (7) , y por el cual puede circular un medio de refrigeración.

7. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo calentador (10) o bien, el dispositivo de enfriamiento se encuentra dispuesto a lo largo del, al menos un, guía-ondas óptico (7) de la estructura del guía-ondas óptico (17) y de manera adyacente a dicho conductor.

8. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque mediante el dispositivo calentador (10) o bien, el dispositivo de enfriamiento, se puede liberar una potencia térmica o bien, frigorífica que se puede predeterminar, por unidad de longitud del guía-ondas óptico (7) .

9. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las redes de Bragg (5) presentan a lo largo de, al menos, un guía-ondas óptico (7) ciclos de redes diferentes entre sí, y mediante una fuente de luz (22) se puede emitir una luz de banda ancha espectral hacia dicho guía-ondas óptico (7) , o porque

las redes de Bragg (5) presentan a lo largo de, al menos, un guía-ondas óptico (7) ciclos de redes iguales entre sí, y mediante una fuente de luz (22) se puede emitir una luz pulsada, monocromática, hacia dicho guía-ondas óptico (7) , y mediante un dispositivo de procesamiento de señales (23) se puede detectar y evaluar un tiempo de recorrido de la luz retrodispersada.

10. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el, al menos un, guía-ondas óptico (7) y el dispositivo calentador (10) se encuentran dispuestos en o contra un cuerpo de soporte rígido (8) , cuya forma determina el desarrollo del guía-ondas óptico (7) en el conducto de gas de escape (2) .

11. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el guía-ondas óptico (7) se encuentra dispuesto en una cavidad (9) del cuerpo de soporte (8) de manera que se pueda reemplazar, y se encuentra 10 protegido por el cuerpo de soporte (8) del contacto directo con el gas de escape.

12. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el cuerpo de soporte (8) conforma al mismo tiempo el dispositivo calentador (10) .

13. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un sensor (30) para la determinación de una concentración de una sustancia contaminante en el gas de escape.

14. Método para la determinación de un volumen de gas de escape de una instalación fija o móvil, particularmente de una embarcación, con un dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde las redes de Bragg (5) se calientan a una temperatura superior a la temperatura del gas de escape, y además una potencia térmica a liberar por el dispositivo calentador (10) se adapta a la temperatura del gas de escape, o las redes de Bragg (5) se enfrían a una temperatura inferior a la temperatura del gas de escape, y en donde se acopla luz en la estructura del guía-ondas óptico (6) , se determina una velocidad de flujo del gas de escape a lo largo del trayecto en la estructura del guía-ondas óptico (6) , a partir de la luz retrodispersada desde las redes de Bragg (5) en el sentido contrario a su sentido de dispersión original, y a partir dicha información se deduce el volumen del gas de escape que fluye a través del conducto del gas de escape (2) .

15. Utilización del dispositivo (1) o bien, del método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, para la medición de la emisión del gas de escape de instalaciones fijas y móviles, particularmente de embarcaciones, en donde mediante un volumen de gas de escape determinado y, al menos, un valor de medición para una concentración de una sustancia contaminante en el gas de escape, se determina la emisión de una sustancia contaminante de la instalación.