Bibliography
9. BIBLIOGRAPHY
Las técnicas experimentales aplicadas a la determinación e interpretación del fenómeno aparecen a finales de los años 50 y principios de los 60. De estas fechas hasta nuestros días las técnicas más utilizadas para su medición se clasifican de la siguiente manera:
De acuerdo al sensor o transductor empleado en: • Conductivo
• Capacitivo • Óptico • Ultrasónico
• Campo Electrostático • Fotografía de alta velocidad • Tomografía con rayos X • Tomografía con rayos gamma
• Tomografía digital (empleando cámara digital) De acuerdo al método en:
• Intrusivo • No intrusivo • Local o promedio
A continuación se presentan experimentos que pretenden medir diversos parámetros del flujo bifásico, es importante destacar que algunos sistemas sirven únicamente para determinados patrones de flujo.
Zhiyao Huang, Baoliang Wang y Haiquing Li (2003) [7], propusieron una técnica basada en la tomografía de la medición de la capacitancia eléctrica para medir la fracción volumétrica del gas presente en el flujo en dos fases. Para realizar dicha medición colocaron 12 sensores de tipo capacitivo fuera del tubo (tipo no intrusivo) los cuales están aislados eléctricamente de este ver la figura 1.18
Capítulo I Estudio bibliogr áfico de los flujos bifásicos
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Figura 1.19 Sensor tipo capacitivo
Como los componentes del flujo en dos fases tienen diferente constante dieléctrica (permitividad), el cambio del valor de la fracción de gas del flujo en dos fases y su distribución provocan una variación en la medición de la capacitancia, este valor refleja la información de la fracción de gas que hay en el comportamiento del flujo en dos fases Posteriormente la información es acondicionada por un sistema de adquisición de datos y de ahí es enviada al microcontrolador la resolución de la capacitancia es de 1.0 pF y la velocidad de muestreo es 150 muestras/s y de ahí se envía a la computadora personal por el puerto de comunicación serie RS232. En la computadora se reconstruye la imagen de la sección transversal del tubo con las 66 muestras que son enviadas por el sistema de adquisición de datos
Li-Juan Xu y Liang-An Xu(1997), propousieron una técnica basada en la tomografía de ultrasonido para el monitoreo de burbujas de gas/liquido en flujos de dos fases. Para realizar dicho monitoreo colocaron 6 transmisores de sonido y 6 receptores en arreglos de filas con la finalidad de medir la distribución de la impedancia acústica. Este sistema puede solamente obtener proyecciones incompletas de la Tomografía ya que depende de la distribución de las burbujas en el líquido.
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Figura 1.21 a) Receptor y b) Transmisor de Ultrasonido
J. Mennell, B. Byrne, Y. Yan (1996), propusieron una técnica radiológica de tipo no intrusivo. Para esto utilizan una fuente de radiación de AM-241 en una de las paredes del tubo y del otro lado de la pared colocaron un arreglo de diodos receptores los cuales transmiten la información hasta una computadora donde es procesada la información para determinar la velocidad y la variación de la masa. La mayoría de las técnicas de esta clase causan atenuación y difracción de los rayos gama. Las pequeñas variaciones en las fracciones de fase son difíciles de medir, esta técnica es muy utilizada en la medición de sólidos en flujos multifásicos. El tubo de emisión de rayos gama opera a 25 KVp con una corriente de 0.4 mA.
La medición cuantitativa de la variación del flujo de masa de sólidos, está encaminada a la determinación de la velocidad de los sólidos y a la fracción volumétrica de los sólidos, ya que la distribución de estos sólidos es no homogénea y desconocida. En la figura 1.22 se muestra el sistema utilizado para realizar dichas mediciones
Figura 1.22 Sistema de radiación para la medición de sólidos en flujos en dos fases
Como puede observarse de la figura anterior, el flujo que emerge de la fuente de rayos x atraviesa el tubo de nylon para proyectarse en el arreglo de diodos donde es detectada la fracción de los sólidos, considerando esto como si fuera una simple radiografía convencional, donde es cuantificada la imagen.
D. G. Hayes, I. A. Gregory y M. S. Beck (1995), propusieron una técnica basada en la tomografía capacitiva para la medición de los perfiles de velocidad de los flujos aceite/gas en tuberías circulares. El sistema es capaz de calcular la distribución de cada componente de las fases que conforman a dicho flujo en tiempo real. Las pruebas fueron realizadas en tubos con un diámetro de 3 pulgadas, se determinaron en rangos de velocidad de 0.05 a 0.5 m/s. También muestran algunos componentes de distribución y la medición de los perfiles
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de velocidad. El sistema de tomografía de tipo capacitivo está compuesto de doce electrodos, los cuales se encuentran distribuidos en la periferia del tubo tal y como se ilustra en la figura 1.23
Figura 1.23 Estructura axial de los electrodos para la tomografía capacitiva.
Estos electrodos están conectados a un sistema de adquisición de datos de alta velocidad, el cual se encarga de medir la capacitancia entre todas las combinaciones de electrodos con un simple sensor, esto es, toma 66 muestras de las lecturas capacitivas de un total 132. El sistema de adquisición de datos obtiene 100 muestras de datos x seg., la capacitancia que hay entre electrodos adyacentes es del orden de un 1 pF y la técnica de medición que emplea el fenómeno capacitivo es por transferencia de carga. El sistema de adquisición de datos está compuesto por una red transputer/DSP el cual está configurado en dos modos de operación:
1. Reconstruye la imagen tomando 200 muestras/s., y mostrando la imagen en la pantalla del monitor (observación en línea).
2. Colecciona 200 muestras/s., y los almacena en disco duro para después analizarlo (observación fuera de línea).
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Figura 1.24 Vista radial de la distribución de los electrodos.
Keiichi Hori, Tetsuro Fujimoto, y Kohei Kawanishi(1998), desarrollaron un sistema de tomografía de rayos X tipo scanner. El sistema opera con un tiempo de barrido de 0.5 mseg/muestra y proporciona para esta aplicación 2000 muestras/seg. El objeto de interés de este proyecto de investigación fue la medición instantánea del flujo multifásico en transición de la distribución de densidad local de la sección transversal de un tubo. La técnica es muy parecida a la tomografía computarizada empleada en el área médica. Este tipo de scanner es rotatorio en cuanto a que el montaje del tubo se encuentra rotando y cada 0.5 mseg es escaneado, uno de sus mayores problemas es el mecanismo de rotación para realizar el scanner, Dado que tiene que ser muy preciso en sus movimientos. La configuración del sistema se puede ver en la figura 1.125
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Figura 1.25 Arquitectura del sistema de tomografía con rayos X tipo scanner.
Los experimentos anteriormente descritos formulan soluciones parciales al problema de medición y caracterización de flujos bifásicos, y cada uno tiene un objetivo específico, en algunos casos representan alternativas altamente costosas, además ya se han podido verificar algunas de las características. En el siguiente capítulo, se presenta el sistema que constituye la propuesta del presente trabajo, así como una detallada descripción de cada parte que lo integra.
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