Transductor de flujo basado en hilo caliente

Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba

TRANSDUCTOR DE FLUJO DE GASES BASADO EN
HILO CALIENTE CON ALEACIÓN NIQUEL - TITANIO
Carlos Andrés Mugruza Vasallo, Willy Carrera Soria
Grupo de Investigación y Desarrollo de Equipos Médicos y Sistemas
Pontificia Universidad Católica del Perú
Av Universitaria S/N – San Miguel,Perú, t9501498@argos.pucp.edu.pe

RESUMEN:
Los transductores que se encuentran en el mercado no
se adaptan a los requerimientos específicos de nuestras
aplicaciones, esto imposibilita fabricar productos
electrónicos de buena calidad en nuestro medio.
Esta razón ha motivado el inicio del presente trabajo,
el cual consiste en medir flujo de gases en base al hilo
caliente. Aprovechando laconvección térmica del
elemento sensor se puede lograr una rápida velocidad
de operación a bajo precio con relación al producto
importado. Con tiempos de muestreo menor a 100 ms
las aplicaciones del transductor de flujo son múltiples
en la industria como en la medicina.
Así pues se presenta el estudio que se ha hecho en base
a materiales con Nicrom, aleación Níquel-Titanio y
Platino, loscuales siguiendo la ley de King que
relaciona convección térmica con potencia eléctrica se
puede detectar cambios de flujo por medio de
temperatura, mostrando satisfactoriamente una
alternativa de sensado de flujo en determinadas
condiciones. También se muestra el desarrollo de un
sistema de calibración de flujo basado en la
compliancia constante de una columna rígida con agua.
Palabras clave:Sensor, transductor, transductor activo,
compliancia, flujo volumétrico, medición, presión.

OBJETIVOS:
Desarrollo de un prototipo de transductor de flujo de
gases de rápida respuesta y alta precisión, buscando
cumplir la norma médica ISO 9360 [10], con sensado
entre 1 y 100 Lpm y 5% de exactitud.

2. METODOLOGÍA
1. MARCO TEÓRICO.
Flujo volumétrico:
El flujo volumétrico se define comoel paso del
volumen en el tiempo.
Para gases el flujo volumétrico depende en forma
directa de la ecuación de gases de Van Der Walls, para
presiones menores a 50 atm [8].
an 2
( P + 2 )(V − nb) = nRT
(1)
V
P: Presión del gas.
V: Volumen del gas.
R : Constante del gas (8,319 N-m/mol-K)
T: Temperatura del gas.
n: Número de moles.
Esta ecuación para el oxígeno presenta valores de
a =1,36 L²- atm/mol² y b = 0,0318 L/mol.
Dado que manejaremos bajas presiones (de un 1psi
= 0,068 atm), se pueda considerar esta variación la
ecuación del gas ideal, para el diseño.

1. INTRODUCCIÓN.

P.V = n R T

El desarrollo de equipos es limitado por la dificultad de
fabricar transductores y actuadores apropiados a los
requerimientos, porque los demás componentes como:microprocesadores, amplificadores operacionales, etc
se encuentran con relativa facilidad.
Los transductores de flujo de bajo costo generalmente
tienen un tiempo de respuesta mayor a 250ms, con baja
sensibilidad, para conseguir mejores características se
paga en algunos casos más de $500 por sensor, y más
de $1000 por sistemas de adquisición de datos y sensor
de flujo con buena sensibilidad (1), (2) Y (3).En este contexto se desarrolla un prototipo de
transductor de flujo con características especiales,
basado en el principio de medición por medio de hilo
de alambre caliente que nos confiere mayores
propiedades respecto a la convección térmica, la cual
requiere ahora un menor tiempo para medir variaciones
de flujo de gases y un menor volumen de material para
el sensor.

Así, el caso de unflujo cercano al de un gas ideal.
Q=

dV
d  nRT 
= 

dt
dt  P 

(2)

Flujo másico:
Para el flujo másico, se usa la ecuación de estado del
gas ideal, resultando el flujo másico:
.

m=

dm d  P.PM

= 
.U . A 
dt
dt  RT


(3)

U: Velocidad del fluido.
A: Sección del fluido a medir.
PM: Peso molecular medio del gas.
Marco teórico del sensado con hilo...