O que é o medidor de fluxo de gás ultrassónico

In the realm of industrial automation and process control, accurate gas flow measurement is critical for efficiency, safety, and regulatory compliance. Among the advanced technologies available, caudalímetros de gás ultra-sónicos surgiram como um fator de mudança, oferecendo soluções não invasivas e de alta precisão para diversas indústrias. Estes medidores aproveitam as ondas sonoras para medir os caudais, o que os torna ideais para aplicações em que os medidores mecânicos tradicionais não são suficientes.

O que é um medidor de caudal de gás ultrassónico?

Um medidor de caudal de gás ultrassónico é um dispositivo que mede o caudal de gases utilizando ondas ultra-sónicas. Ao contrário dos medidores de caudal mecânicos (por exemplo, medidores de turbina ou de diafragma), os medidores ultra-sónicos não têm peças móveis, reduzindo o desgaste e a manutenção. Funcionam através da transmissão de impulsos ultra-sónicos através do fluxo de gás e da análise da forma como o fluxo afecta esses impulsos.

Como funcionam os medidores de caudal de gás ultra-sónicos?

Existem dois métodos principais utilizados na medição de caudal por ultra-sons:

1. Método do tempo de trânsito (tempo de voo):
   • Dois sensores ultra-sónicos são montados em lados opostos do tubo.
   • Os impulsos são enviados tanto com e contra o fluxo de gás.
   • A diferença no tempo de trânsito entre as duas direcções é proporcional à velocidade do fluxo.
2. Método do efeito Doppler:
   • As ondas ultra-sónicas são reflectidas por partículas ou bolhas no gás.
   • A mudança de frequência (efeito Doppler) causada por partículas em movimento é utilizada para calcular a velocidade do fluxo.

Nota: Os medidores de tempo de trânsito são mais comuns para gases limpos, enquanto os medidores Doppler são adequados para gases com partículas.

Caraterísticas:

• Alta precisão para gás até ±0,5%
• Sem peças móveis, sem perda de pressão, sem obstruções na linha
• Sem lubrificação ou manutenção periódica
• A medição não é afetada pelas propriedades do gás
• Rácio de abertura amplo
• Capacidade bidirecional

Vantagens dos medidores de caudal de gás por ultra-sons

Os medidores de caudal de gás ultra-sónicos oferecem vantagens únicas que os tornam a escolha preferida em muitos cenários:

1. Conceção não intrusiva:
   • Os modelos de fixação podem ser instalados externamente sem cortar tubos, minimizando o tempo de inatividade.
   • Os modelos em linha não têm obstruções, garantindo queda de pressão zero.
2. Elevada precisão e repetibilidade:
   • Os medidores ultra-sónicos modernos atingem uma precisão de ±1% ou superiorideal para a transferência de custódia e faturação.
3. Medição de caudal bidirecional:
   • Capaz de medir o caudal em ambas as direcções, útil em sistemas de condutas complexos.
4. Rácio de abertura amplo:
   • Mede com precisão os caudais de velocidades muito baixas a altas (por exemplo, 100:1 turndown).
5. Manutenção reduzida:
   • A ausência de peças móveis reduz o desgaste e a necessidade de calibração.
6. Compatibilidade com tubagens de grandes dimensões:
   • Adequado para tubos de 2 cm a vários metros de diâmetro.
7. Resistência a condições adversas:
   • Funcionam bem em temperaturas extremas, pressões e ambientes corrosivos (com materiais de sensor adequados).

Limitações dos medidores de caudal de gás ultra-sónicos

Apesar dos seus pontos fortes, os medidores de caudal ultra-sónicos têm limitações:

1. Sensibilidade à composição do gás:
   • Requer uma composição de gás consistente para leituras exactas.
   • O desempenho degrada-se com líquidos arrastados, partículas pesadas ou espuma.
2. Dependências de temperatura e pressão:
   • As variações extremas podem exigir algoritmos de compensação.
3. Custo inicial mais elevado:
   • Mais caros do que os contadores mecânicos básicos, embora compensados por poupanças a longo prazo.
4. Eficácia limitada em condutas pequenas:
   • Os modelos de fixação têm dificuldade em lidar com tubos sob 2 cm de diâmetro devido à atenuação do sinal.
5. Requisitos de calibração:
   • Pode necessitar de recalibração periódica, especialmente para gases mistos.

Que gases são mais adequados para os medidores de caudal de gás ultra-sónicos?

Os medidores ultra-sónicos são excelentes com gases que satisfazem critérios específicos:

Gases ideais

1. Gases limpos e secos:
   • Gás natural, ar comprimido, azoto, oxigénio, árgon.
   • Um mínimo de partículas ou humidade garante medições fiáveis do tempo de trânsito.
2. Gases Corrosivos:
   • Cloro, amoníaco ou sulfureto de hidrogénio (com sensores resistentes à corrosão).
3. Gases de alta pureza:
   • Utilizado no fabrico de semicondutores ou em produtos farmacêuticos.
4. Biogás e gases de combustão:
   • Metano, CO₂ e outros subprodutos da combustão (método Doppler para partículas).

Gases inadequados

• Gases altamente contaminados: O excesso de poeira, gotículas ou bolhas perturbam os sinais ultra-sónicos.
• Misturas não homogéneas: Densidade ou propriedades acústicas incoerentes causam erros.

Aplicações e indústrias para medidores de caudal de gás ultra-sónicos

Os medidores de caudal de gás ultra-sónicos são ferramentas versáteis em todas as indústrias que exigem uma monitorização precisa do gás:

1. Petróleo e gás

• Transferência de custódia: Faturação exacta dos gasodutos de gás natural.
• Monitorização das emissões: Rastreio de fugas de metano ou de gás de combustão.

2. AVAC e gestão da energia

• Sistemas de ar comprimido: Otimização da utilização da energia na indústria transformadora.
• Controlo da combustão: Regulação da relação ar/combustível em caldeiras.

3. Tratamento de águas residuais

• Medição de biogás: Monitorização da produção de metano em digestores.

4. Química e petroquímica

• Controlo do gás de processo: Garantia de um doseamento preciso dos gases reactivos.

5. Produção de eletricidade

• Análise de gases de combustão: Medição das emissões de CO₂ e SO₂.

6. Indústrias farmacêutica e alimentar

• Fornecimento de gás estéril: Controlo do azoto ou do CO₂ nas linhas de embalagem.

7. Monitorização ambiental

• Teste de pilha: Cumprimento da regulamentação relativa à qualidade do ar.

Como escolher o medidor de caudal de gás ultrassónico certo

A seleção do melhor medidor implica uma avaliação:

1. Propriedades do gás: Limpeza, humidade e corrosividade.
2. Tamanho e material do tubo: Instalação com braçadeira vs. em linha.
3. Necessidades de precisão: Transferência de custódia vs. controlo geral.
4. Condições ambientais: Certificações de temperatura, pressão e áreas perigosas (por exemplo, ATEX).
5. Orçamento: Equilíbrio entre os custos iniciais e as poupanças a longo prazo.

Os medidores ultra-sónicos de caudal de gás estão a revolucionar a medição de gás com o seu design não invasivo, elevada precisão e adaptabilidade. Embora possam não se adequar a todas as aplicações (por exemplo, gases altamente contaminados), as suas vantagens em ambientes limpos e de alta precisão tornam-nos indispensáveis para indústrias como a do petróleo e gás, AVAC e monitorização ambiental.