Revolucionando a medição de caudal: a história dos medidores de caudal ultra-sónicos
Revolucionando a medição de caudal: a história dos medidores de caudal ultra-sónicos
Durante a última década, os medidores de caudal ultra-sónicos sofreram uma transformação notável. Outrora uma tecnologia de nicho, são agora um dos sistemas de medição de caudal de crescimento mais rápido no mercado.
Os primeiros protótipos desta tecnologia remontam à década de 1960. A Fuji Electric foi a primeira a desenvolver caudalímetros ultra-sónicos com o lançamento do seu primeiro modelo FLH em 1975.
Embora estejam disponíveis no mercado há várias décadas, só recentemente é que os caudalímetros ultra-sónicos ganharam uma aceitação generalizada.
Os medidores de caudal ultra-sónicos estão a tornar-se cada vez mais populares por várias razões. Os avanços no processamento do sinal conduziram a uma melhor filtragem do ruído, resultando numa maior precisão e eficiência na medição do caudal.
As melhorias na tecnologia de processamento de sinais resultaram numa melhor redução do ruído, aumentando a precisão das medições de caudal. Esta melhoria contribuiu para a crescente popularidade dos medidores de caudal ultra-sónicos e para a sua adoção generalizada em várias indústrias.
Em comparação com os medidores de caudal mecânicos, os medidores de caudal ultra-sónicos requerem uma manutenção mínima e são muito mais fiáveis. Os fornecedores, como a Fuji Electric, também desenvolveram produtos adaptados a indústrias e aplicações específicas, incluindo a capacidade de medir não só líquidos, mas também vapor.
Este desenvolvimento concentrado de produtos ajudou a revolucionar a medição do caudal e tornou os medidores de caudal ultra-sónicos uma escolha cada vez mais popular em muitas indústrias e empresas em todo o mundo.
Princípios básicos da medição ultra-sónica de caudal com pinça
Para compreender plenamente o medidor de caudal ultrassónico com pinça, é essencial começar pelos princípios subjacentes aos medidores de caudal ultra-sónicos.
O termo "ultrassónico" refere-se à frequência das ondas sonoras utilizadas por estes aparelhos, que são superiores a 20 kHz e, portanto, inaudíveis para o ouvido humano.
Os medidores de caudal ultra-sónicos medem o caudal utilizando estas ondas sonoras de alta frequência, geradas por transdutores que utilizam cristais piezoeléctricos para converter sinais eléctricos em sinais sonoros.
Existem duas categorias principais de medidores de caudal ultra-sónicos: medidores de caudal em linha e medidores de caudal não intrusivos com pinça.
A distinção reside na forma como os sinais de ondas sonoras são transmitidos, recebidos e processados para medir o débito.
Os medidores de caudal em linha possuem transdutores em contacto direto com o fluido do processo, normalmente montados numa bobina pré-fabricada de comprimento normalizado para garantir o ângulo correto e a facilidade de instalação.
Os contadores em linha têm um historial mais longo e tendem a oferecer uma maior precisão devido à ausência de degradação do sinal causada pelas paredes da tubagem, incrustações e inconsistências de instalação encontradas nos contadores com pinças.
Como resultado, os medidores de caudal ultra-sónicos em linha são frequentemente a escolha preferida para aplicações transaccionais. A transferência transacional, também conhecida como medição fiscal, envolve aplicações de medição de caudal em que a propriedade do fluido que está a ser medido é transferida de uma parte para outra (faturação).
Embora estas aplicações representem apenas uma pequena proporção de todos os cenários de medição de caudal por ultra-sons, desempenham um papel vital.
Ao contrário dos medidores em linha, os medidores de fixação não intrusivos são fixados no exterior da tubagem, sem entrarem em contacto direto com o fluido do processo.
Estes medidores de caudal ultra-sónicos com pinças sofreram avanços tecnológicos consideráveis, o que faz deles os dois tipos de medidores com crescimento mais rápido. Além disso, os caudalímetros ultra-sónicos oferecem uma série de vantagens únicas que contribuem para a sua crescente popularidade.
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Explorar os diferentes tipos de medidores de caudal ultra-sónicos com pinça
Embora todos os medidores de caudal ultra-sónicos utilizem sinais de ondas sonoras, não funcionam da mesma forma.
Tempo de trânsito vs. caudalímetro ultrassónico Doppler
Existem dois tipos principais de caudalímetros ultra-sónicos com pinça: caudalímetros de tempo de trânsito e caudalímetros Doppler, que diferem na forma como transmitem, recebem e processam os sinais de ondas sonoras.
Os caudalímetros de tempo de trânsito utilizam um par de transdutores que actuam como transmissores e receptores de sinais de ondas sonoras. A velocidade das ondas sonoras num fluido é mais rápida à medida que se deslocam para jusante e mais lenta à medida que se deslocam para montante.
Ao medir a diferença de tempo entre estes cenários, o medidor pode calcular a velocidade do fluido e, subsequentemente, o caudal volumétrico. Quando combinado com a densidade conhecida do fluido, o caudal mássico também pode ser determinado.
Os caudalímetros ultra-sónicos de tempo de trânsito são mais versáteis, capazes de medir líquidos e vapor, mas geralmente só funcionam com um tipo de fluido de cada vez. Requerem líquidos com um mínimo de partículas sólidas ou bolhas arrastadas para evitar interferências com o sinal da onda sonora.
Os caudalímetros Doppler, por outro lado, medem a mudança de frequência do sinal sonoro, que é proporcional à velocidade do fluido.
Estes medidores de caudal baseiam-se na presença de partículas sólidas ou bolhas de ar no fluxo do caudal para desviar os sinais de ondas sonoras para o medidor de caudal.
Consequentemente, os medidores Doppler estão limitados a líquidos que contêm partículas sólidas ou bolhas de ar, tais como líquidos sujos ou arejados e lamas.
Medidor de caudal de energia térmica por ultra-sons
Os contadores de energia térmica, também conhecidos como contadores de BTU, medem a energia em sistemas de aquecimento e arrefecimento hidrónicos utilizando sensores de caudal volumétrico, sensores de temperatura e um calculador de caudal. Com a crescente importância dos regulamentos ambientais e dos incentivos financeiros,a medição da energia térmica está a tornar-se cada vez mais essencial para otimizar os sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado em sistemas de energia distritais e instalações comerciais.
Os contadores de energia térmica ultra-sónicos de fixação são ideais para a adaptação de sistemas mais antigos, uma vez que eliminam a necessidade de modificações dispendiosas e demoradas nas tubagens.
Para que os medidores ultra-sónicos de tempo de trânsito de líquidos funcionem com precisão, é essencial que o líquido contenha um mínimo de partículas sólidas ou bolhas de ar arrastadas. Estas podem interferir com o sinal da onda sonora e comprometer a precisão da medição.
A versatilidade dos caudalímetros portáteis
Até agora, concentrámo-nos nos medidores de caudal de montagem fixa com pinças, que são instalados num único local, muitas vezes com a caixa eletrónica montada numa parede ou num tubo.
No entanto, o design do transdutor de fixação presta-se excecionalmente bem a soluções de medição de caudal portáteis. Combinando transdutores clamp-on com eletrónica portátil, é possível desenvolver caudalímetros ultra-sónicos portáteis.
Estes dispositivos portáteis estão geralmente equipados com eletrónica portátil, transdutores, fixações e todos os acessórios necessários numa mala de transporte compacta.
Os medidores de caudal portáteis oferecem aplicações únicas que os medidores de caudal de montagem fixa não podem oferecer, tais como verificações pontuais, verificação da precisão de outros medidores de caudal e substituição temporária de medidores de ca udal de montagem fixa.
A medição pontual envolve a realização de medições temporárias de caudal na ausência de um contador fixo, frequentemente como parte de estudos de caudal em todo o sistema. Estes estudos ajudam os utilizadores a compreender os caudais ao longo do sistema, a estabelecer caudais de referência e a identificar fugas ou bloqueios.
Os medidores portáteis também podem ser utilizados para verificar a precisão de outro medidor de caudal, especialmente se este estiver a apresentar leituras invulgares ou erráticas. Isto pode ajudar a determinar se o problema é com o processo ou com o próprio medidor.
Em alguns casos, as estações de tratamento exigem a calibração periódica da sua instrumentação, o que pode implicar a remoção de um medidor de caudal para calibração numa instalação acreditada. Durante este período, pode ser utilizado um medidor de caudal portátil como substituto temporário até que o medidor fixo seja reinstalado.
Utilizando caudalímetros ultra-sónicos não intrusivos fixos e portáteis, os operadores podem maximizar a visibilidade do processo, minimizando os custos do equipamento.
Uma estratégia comum é utilizar medidores fixos para medições críticas e medidores portáteis para medições temporárias, para cobrir todos os potenciais pontos cegos. Além disso, a Fuji Electric oferece programas de aluguer de medidores de caudal ultra-sónicos portáteis para necessidades temporárias.
Muitos profissionais da indústria utilizam uma combinação de medidores de caudal ultra-sónicos fixos e portáteis com pinça para otimizar o controlo do processo e manter o retorno do investimento.
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Medidor de caudal de vapor não invasivo: o futuro está aqui
Nos últimos tempos, os avanços na visualização da eletricidade para conseguir poupanças de energia aceleraram a redução das emissões de gases com efeito de estufa.
No entanto, os esforços para poupar energia na utilização do vapor têm ficado para trás devido às dificuldades de visualização das perdas de vapor.
Para resolver este problema, era necessário dispor de um medidor de caudal ultrassónico para vapor que permitisseidentificar as perdas de vapor sem cortar as tubagens.
Embora os medidores de caudal com pinças tenham sido utilizados para medir líquidos, tem sido difícil desenvolver produtos para o vapor devido ao seu coeficiente de transmissão ultra-sónica extremamente baixo nos tubos.
Recorrendo a tecnologias de redução de ruído, à utilização de ondas Lamb, também conhecidas como ondas ultrassónicas, e ao processamento avançado de sinais, a Fuji Electric lançou com sucesso em 2019 o primeiro medidor de caudal do mundo capaz de medir vapor saturado a baixa pressão.
O caudalímetro de vapor ultrassónico FSJ da Fuji Electric utiliza sensores de temperatura ou pressão para medir a energia térmica em aplicações de vapor saturado. Com uma vasta gama de opções de comunicação, os caudalímetros da série FSJ permitem uma fácil integração em sistemas de automação de edifícios.
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Vantagens e desvantagens da medição ultra-sónica do caudal com pinça
Embora a tecnologia de caudalímetro ultrassónico de fixação ofereça muitas vantagens, é essencial considerar a aplicação para determinar se é adequada.
Tal como acontece com qualquer tecnologia de medição de caudal, os medidores de caudal ultra-sónicos de fixação têm um conjunto único de vantagens e desvantagens.
As principais vantagens da medição ultra-sónica do caudal com pinça são as seguintes
Instalação não intrusiva que não requer qualquer modificação da tubagem.
Sem partes móveis, eliminando a necessidade de manutenção.
Nenhuma peça em contacto com o produto, o que evita problemas de compatibilidade química.
Sem desvios de medição, eliminando a necessidade de recalibração.
Perda de pressão nula.
Rácio de redução relativamente elevado.
Capacidade de medição de líquidos, gases e vapor (modelos de tempo de trânsito).
Medição de caudal bidirecional, fornecendo dados a montante e a jusante.
Fácil de instalar, desmontar e transportar para diferentes locais (modelos portáteis).
Aplicável a diferentes tamanhos de tubos, materiais e fluidos de processo com um único medidor.
Medição da energia (BTU) fornecida pelos modelos de energia térmica.
As principais desvantagens da medição ultra-sónica do caudal com uma pinça são as seguintes
Impacto negativo na exatidão da medição devido a incrustações, depósitos e sujidade na tubagem.
Precisão inferior à dos caudalímetros ultra-sónicos em linha e de algumas outras tecnologias de medição de caudal.
Impossível utilizar líquidos que contenham partículas sólidas ou ar arrastado (modelos de tempo de trânsito).
Aplicabilidade limitada a líquidos que contenham partículas sólidas ou ar arrastado (modelos Doppler).
Potenciais problemas com tubagens com revestimentos externos ou internos.
Os tubos precisam de estar cheios de fluido para funcionarem corretamente.
Para um funcionamento ótimo, os comprimentos rectos dos tubos a montante e a jusante devem estar desobstruídos.
Tirar partido das vantagens dos medidores de caudal ultra-sónicos com pinça
A adoção da medição de caudal ultra-sónica com pinça está destinada a expandir-se, uma vez que os benefícios ultrapassam as limitações de uma gama crescente de aplicações de medição de caudal. Embora esta tecnologia esteja atualmente difundida em determinadas indústrias, deverá expandir-se para outros sectores.
Os medidores de caudal ultra-sónicos de fixação oferecem muitas vantagens aos operadores de processos que procuram medir o caudal de líquidos e vapores numa grande variedade de tamanhos e materiais de tubos.
A instalação não invasiva elimina a necessidade de modificações dispendiosas na tubagem ou de manutenção regular, ao mesmo tempo que fornece leituras exactas sem desvios de medição ao longo do tempo.
Além disso, os caudalímetros ultra-sónicos portáteis de fixação oferecem aplicações únicas que os caudalímetros de montagem fixa não podem oferecer, como a inspeção no local e a verificação da precisão de outro caudalímetro.
Graças à sua versatilidade e economia de custos, é fácil perceber por que razão muitos profissionais da indústria utilizam caudalímetros ultra-sónicos de montagem fixa e caudalímetros ultra-sónicos portáteis de fixação para otimizar os seus processos.
Quando se trata deotimizar a visibilidade do processo e reduzir os custos, os caudalímetros ultra-sónicos de fixação oferecem um conjunto único de vantagens.
Com uma instalação não intrusiva que não requer modificações ou manutenção das tubagens, estes dispositivos são altamente versáteis em aplicações como sistemas de energia distritais, instalações industriais, fabrico de produtos farmacêuticos, estações de tratamento de água, operações de petróleo e gás, processamento de alimentos, produção química, sistemas AVAC e verificações pontuais para estudos de caudal.
Os modelos de medidores de caudal portáteis serão provavelmente o ponto de entrada para muitos utilizadores, dada a falta de outras opções de medição de caudal portáteis comercialmente viáveis.
Em última análise, a seleção de qualquer instrumento de processo, incluindo caudalímetros, depende dos requisitos específicos da aplicação e da determinação da tecnologia mais adequada para satisfazer essas necessidades.
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