Os medidores de caudal ultra-sónicos são instrumentos precisos e fiáveis, amplamente utilizados em várias aplicações industriais e municipais. Com base nos seus princípios de funcionamento, os medidores de caudal ultra-sónicos são tipicamente classificados em dois tipos principais: o método de tempo de trânsito (tempo de voo) e o método Doppler. Ao utilizar as alterações no tempo ou na frequência de propagação das ondas sonoras num fluido, os caudalímetros ultra-sónicos medem eficazmente os caudais, tornando-os ferramentas indispensáveis na monitorização do caudal.
Princípios fundamentais dos medidores de caudal ultra-sónicos
O princípio fundamental dos caudalímetros ultra-sónicos baseia-se nas caraterísticas de propagação das ondas sonoras. Os seus sensores utilizam cristais piezoeléctricos para gerar ondas sonoras de alta frequência através do efeito piezoelétrico inverso. Estas frequências estão para além do alcance da audição humana, garantindo precisão e um funcionamento silencioso. Os sensores são normalmente emparelhados, com cada um a atuar como transmissor e recetor, permitindo a propagação bidirecional de ondas sonoras dentro do fluido.
Dependendo das alterações observadas no comportamento das ondas sonoras, os medidores de caudal ultra-sónicos funcionam principalmente com o método do tempo de trânsito ou o método Doppler.
Método do tempo de trânsito (tempo de voo)
O método do tempo de trânsito determina a velocidade do fluxo analisando o efeito do movimento do fluido no tempo de propagação das ondas sonoras. As principais caraterísticas e passos operacionais incluem:
- Propagação Bidirecional de Ondas Sonoras: Os sensores emparelhados emitem ondas sonoras ao longo e contra a direção do fluxo do fluido.
- Diferença de tempo de propagação: As ondas sonoras que viajam na direção do fluxo do fluido propagam-se mais rapidamente, enquanto as que se movem contra ele se propagam mais lentamente. A diferença de tempo aumenta com velocidades de fluxo mais elevadas. Medindo esta diferença de tempo e combinando-a com a área da secção transversal do tubo, o caudal pode ser calculado com precisão.
- Pares de sensores múltiplos: Para aplicações que exigem elevada precisão, podem ser instalados pares de sensores adicionais para ter em conta as variações ao longo da secção transversal do tubo, aumentando ainda mais a precisão da medição.
Aplicações: O método de tempo de trânsito é ideal para medir líquidos e gases limpos. Para fluidos que contêm pequenas impurezas ou bolhas, algoritmos especializados podem atenuar os seus efeitos, tornando este método adequado para aplicações como o abastecimento de água municipal e a transmissão de gás natural.
Método Doppler
O método Doppler foi concebido para fluidos que contêm partículas ou bolhas e calcula a velocidade do fluxo com base nas mudanças de frequência das ondas sonoras. Os seus princípios de funcionamento incluem:
- Princípio de Deslocamento de Frequência: Quando as ondas sonoras encontram partículas suspensas ou bolhas no fluido, as suas frequências deslocam-se. Se as partículas ou bolhas se moverem na direção do sensor, a frequência do som refletido aumenta; inversamente, a frequência diminui se se afastarem.
- Cálculo da velocidade do fluxo: O medidor de caudal Doppler determina a velocidade do fluxo medindo a mudança de frequência e considerando a velocidade conhecida do som no meio e o ângulo de reflexão.
- Instalação do sensor: Os sensores Doppler são frequentemente montados externamente na tubagem, eliminando a necessidade de perfuração e tornando-os adequados para aplicações como sistemas municipais de águas residuais onde o funcionamento contínuo é fundamental.
Aplicações: O método Doppler é particularmente adequado para fluidos que contêm quantidades significativas de sólidos em suspensão ou bolhas, tais como águas residuais, lamas e pasta de papel. A sua conceção não intrusiva permite uma medição fiável sem perturbar a integridade da tubagem.
Instalação de sensores para caudalímetros ultra-sónicos
Os sensores ultra-sónicos de caudalímetro oferecem opções de instalação flexíveis, adaptadas a aplicações específicas:
- Sensores em linha: Instalados no interior do tubo ou da parede do medidor de caudal, os sensores em linha entram em contacto direto com o fluido, fornecendo medições de elevada precisão para aplicações exigentes.
- Sensores de fixação: Montados externamente na parede do tubo, estes sensores são ideais para sistemas municipais de água e águas residuais. Este método de instalação elimina a necessidade de perfurar a tubagem, reduz a complexidade da instalação e minimiza o risco de fuga de fluido.
Os sensores Clamp-on requerem tubos feitos de materiais condutores de som, tais como metais ou plásticos. Paredes de tubos excessivamente espessas ou que absorvam o som podem atenuar os sinais, afectando potencialmente a precisão da medição.
Aplicações e vantagens
Os medidores de caudal ultra-sónicos são altamente versáteis e são amplamente utilizados em várias indústrias. Os cenários de aplicação típicos e as vantagens incluem:
Abastecimento de água municipal: Monitorização do fluxo de água limpa com dados precisos e em tempo real fornecidos por caudalímetros de tempo de trânsito.
Gasodutos de gás natural: Garantir uma medição de caudal estável e fiável em ambientes de alta pressão e caudal elevado.
Tratamento de águas residuais: Medição de fluidos contendo partículas ou bolhas com caudalímetros Doppler, respondendo a necessidades de monitorização complexas.
Indústrias química e de pasta e papel: Monitorização em tempo real do caudal em fluidos carregados de partículas, como polpa ou soluções químicas, utilizando caudalímetros Doppler.
Principais vantagens:
- Medição sem contacto: Os sensores de fixação permitem uma monitorização não intrusiva sem alterar a estrutura interna do tubo.
- Elevada precisão e desempenho em tempo real: A combinação dos métodos de tempo de trânsito e Doppler permite uma monitorização precisa e em tempo real do caudal para várias caraterísticas do fluido.
- Ampla adaptabilidade: Os medidores de caudal ultra-sónicos são capazes de medir fluidos limpos e misturas complexas, satisfazendo as necessidades de diversas indústrias.
Conclusão
Os medidores de caudal ultra-sónicos, com os seus princípios avançados e métodos de instalação flexíveis, proporcionam uma medição de caudal consistente e fiável, mesmo em ambientes difíceis, como sistemas de alta pressão ou de caudal elevado. Quer se trate de gestão municipal de água, transporte de gás natural, tratamento de águas residuais ou produção química, as suas diversas capacidades de medição tornam os caudalímetros ultra-sónicos instrumentos indispensáveis na monitorização do caudal.
Deixar um comentário