Caracterización e implementación de un sensor por impedancia eléctrica para la medición de la fracción volumen en una columna de burbujeo - Rodríguez Sierra, Juan Carlos (Universidad Autónoma Metropolitana, 2016)
Los sistemas multifásicos tienen un rol muy importante en la industriaa, estos sistemas tienen entre dos y tres fases presentes. Las columnas de burbujas son equipos en los cuales se ponen en contacto dos fases, por ejemplo: gas-sólido, líquido-líquido, sólido-líquido y gas-líquido, y en algunos casos gas-líquido-sólido. El sistema que tiene más aplicaciones en la industria es el sistema bifásico gas-líquido, la aplicación de este sistema en particular está relacionado al transporte de estas dos fases, la cantidad de variantes en la configuración del sistema depende de la longitud, diámetro, veloc idades de flujo, ángulo de inclinación y dirección de flujo. En general, la complejidad de este flujo es tan grande que los métodos de diseño dependen en gran medida de un análisis del comportamiento de estos flujos en la práctica, y hasta cierto punto el sistema bifásico está limitado por las predicciones teóricas. Los fenómenos que acontecen son variados, uno de los más importantes es el comportamiento ondulatorio, en esta rama se estudian las ondas de fracción volumen y las ondas de presión. En este estudio se diseña, se caracteriza, se adecúa y se prueb a un sistema de sensores de impedancia eléctrica (SIE) de tamaño variable, con el objetivo de obtener información experimental de la estructura ondulatoria de las señales generadas por el flujo ascendente en dos fases: burbujas de aire en agua. La experimentación se llevó a cabo en una columna vertical transparente de 5cm de diámetro y de 50cm de longitud. El sensor está hecho en un tramo de columna donde se ha colocado en la pared el conjunto de láminas sin alterar la geometría interna. El sensor tiene dos secciones con 50 láminas de acero inoxidable y su superficie se expone al flujo de la mezcla bifásica. Cada lámina tiene 1 mm longitud axial y está separada por un aislante, ambos hacen un pequeño arco con el diámetro de la columna el cual cubre un ángulo de π 4 radianes. Ambas secciones poseen una lámina opuesta, esta tiene una longitud tal que se extiende axialmente para cubrir con el conjunto completo de las laminillas, estas también abarcan un ángulo de π 4 radianes con el mismo diámetro de la columna. Se propusieron dos circuitos como acondicionadores primarios de señal para la medición de la fracción volumen de gas: un transductor con divisor de voltaje (TDV) y un transductor con un amplificador operacional no -inversor (TAO). Se realizó un barrido en frecuencia para caracterizar al SIE, esta mostró dos intervalos de comportamiento: uno resistivo y uno capacitivo. Se realizaron pruebas con agua y un objeto sólido que simuló la fase gas a través del sensor con 50, 24 y 12 láminas, los resultados mostraron la ventaja al utilizar el TAO, sin embargo ambos circuitos concuerdan en los res ultados del análisis estadístico de la frecuencia para el paso del objeto a través del sensor. Con el TDV se desarrollaron dos modelos en la impedancia, y con base en los datos experimentales se encontró que la impedancia del sistema multifásico tiene una conexión en serie de sus dos componentes equivalentes a una resistencia y a un capacitor. Se estudió el efecto del tamaño del sensor, los resultados muestran que el sistema tiende a aumentar el valor d e su resistencia y que el valor de la capacitancia disminuye cuando el tamaño de sensor disminuye. Se desarrolló el acondicionamiento secundario para la obtención de las fluctuaciones de la fracción volumen de gas. A través de un análisis de estacionariedad en las señales obtenidas, se determinó el número mínimo de datos para poder analizar las características ondulatorias del sistema multifásico de estudio en el dominio de la frecuencia. Las señales de ondas de fracción volumen se analizaron por casos , se demostró que la suma de dos señales contiguas con dos electrodos de la mitad de tamaño (25 láminas), es equivalente a una señal proveniente de un electrodo de tamaño entero (50 láminas). Por otro lado, se realizó simultáneamente el análisis ondulatorio de señales y de video para componentes de frecuencia; los resultados mostraron la asociación de los picos obtenidos en la densidad de potencia espectral con el patrón de flujo observado.