Se você já passou algum tempo em instalações de medição de gás-ou apenas folheou catálogos técnicos-provavelmente já se deparou com o termo "medidor de fluxo ultrassônico multipath. "Parece sofisticado. E honestamente, meio que é.
Mas o problema é o seguinte: o conceito básico não é tão complicado quando você elimina o jargão.
A ideia central (sem o absurdo do livro didático)
Um medidor de vazão ultrassônico multipercurso mede a velocidade do gás disparando sinais ultrassônicos através de um tubo através de vários caminhos-ou "canais", como os engenheiros adoram chamá-los. Cada canal fornece uma leitura de velocidade em uma corda diferente da seção transversal-do tubo. Você calcula a média dessas leituras juntas, pondera adequadamente, e bum: você obtém uma estimativa decente de quão rápido o gás está realmente se movendo através daquele tubo.
Também existem medidores-de canal único. Eles são mais baratos. Eles são mais simples. Mas eles também estão analisando apenas uma fatia do perfil do fluxo, o que pode ser enganoso se o fluxo não for perfeitamente uniforme. E deixe-me dizer que-o fluxo quase nunca é perfeitamente uniforme.
As versões de caminho único e múltiplo dependem de algo chamado método de tempo-de-voo. Funciona assim: você tem dois transdutores em lados opostos do tubo. Um envia um pulso ultrassônico a jusante (com o fluxo), o outro envia um pulso a montante (contra o fluxo). O pulso downstream chega mais rápido porque está acompanhando a corrente do gás. O upstream demora mais porque está lutando contra isso.
Você mede os dois tempos de viagem, calcula a diferença e, a partir dessa diferença, pode derivar a velocidade. A matemática não é trivial, mas está bem-estabelecida. As pessoas têm feito isso há décadas.
Por que vários canais?
É aqui que tudo fica interessante-e onde tenho algumas opiniões.
Em um medidor multipercurso, V representa a velocidade média superficial medida em cada canal. Você está essencialmente amostrando o perfil de velocidade em diferentes alturas ao longo do diâmetro do tubo. A fórmula é mais ou menos assim: a velocidade média volumétrica é igual à soma da velocidade de cada canal multiplicada pelo seu coeficiente de ponderação. Escrito: v=ΣwᵢVᵢ, onde W é o coeficiente de ponderação que depende do algoritmo de integração que o fabricante decidiu usar.
A partir disso, você pode calcular a vazão real: q=A × Σ(WᵢVᵢ), onde A é a área da seção transversal-do tubo.
Diferentes esquemas de integração atribuem pesos diferentes a acordes diferentes. A quadratura gaussiana é popular. O mesmo acontece com o método Chebyshev. Cada um tem compensações-. Mas, honestamente, a menos que você mesmo faça o projeto de engenharia, provavelmente não precisará se preocupar com qual é o “melhor”. Todos eles funcionam razoavelmente bem.
A questão dos seis{0}}canais
Atualmente, os produtos-de alta qualidade mais comuns de fabricantes estrangeiros operam em até seis canais. Você pensaria que mais canais equivalem a mais precisão. E, teoricamente, sim,-mais pontos de amostragem devem fornecer uma melhor aproximação do verdadeiro perfil de velocidade.
Mas a experiência prática conta uma história diferente.
Depois de atingir quatro canais, os ganhos de precisão com a adição de mais caminhos tornam-se marginais. Enquanto isso, os custos de produção disparam. Cada par de transdutores adicional precisa de um alinhamento preciso. Cada um adiciona pontos de falha potenciais. Cada um complica a instalação e a manutenção.
Então, vale a pena um medidor de seis-canais em vez de um medidor-de quatro canais? Às vezes. Para aplicações de transferência de custódia onde frações de porcentagem são importantes, talvez. Para a maioria das aplicações industriais? Provavelmente não.
A instalação é mais importante do que você pensa
Já vi lindos seis{0}}medidores de caminho instalados em locais terríveis-imediatamente a jusante dos cotovelos, com fluxo turbulento e perfis de velocidade assimétricos que tornaram todos esses canais extras quase inúteis. O medidor estava medindo o lixo, e calcular a média do lixo de seis maneiras diferentes apenas dá... bem{4}}lixo médio.
A orientação geral diz que você deseja pelo menos oito diâmetros de tubo reto a montante e dois diâmetros a jusante de qualquer perturbação de fluxo. Mas isso é uma diretriz, não uma garantia. Padrões de fluxo ciclônico, fluxo de pitch, estratificação de temperatura-tudo isso pode atrapalhar suas leituras de maneiras que mais canais não conseguem compensar totalmente.
Algumas configurações de medidores usam caminhos cruzados (arranjos de padrão -X) para cancelar certas distorções de fluxo. Inteligente, mas não mágico.
Considerações-do mundo real
O número de Reynolds deve estar acima de 4.000 para fluxo turbulento-que geralmente não é um problema em gasodutos industriais. O fluxo laminar é raro. A velocidade do som no gás afeta o tempo de viagem do sinal, mas os medidores modernos lidam com isso automaticamente através da compensação de temperatura.
Os transdutores normalmente são montados em ângulos de 45 graus ou mais em relação à direção do fluxo, embora o ângulo ideal dependa do diâmetro do tubo, da velocidade do gás e da temperatura. As temperaturas máximas de operação geralmente ficam em torno de 650 graus F para instalações padrão. As aplicações criogênicas são uma fera totalmente diferente.
O resultado final
Os medidores de vazão ultrassônicos Multipath são uma boa tecnologia. Eles não são-intrusivos, não possuem peças móveis, suportam uma ampla variedade de taxas de fluxo e podem atingir uma precisão impressionante quando instalados e calibrados corretamente.
Mas eles não são infalíveis. Mais caminhos não significam automaticamente melhores resultados. Um medidor de quatro{3}}canais bem-instalado e em boas condições de vazão sempre superará um medidor de seis{4}}canais instalado em um local problemático.
Compreender os fundamentos do-tempo-de{2}}medição de voo, integração de velocidade e o papel dos coeficientes de ponderação-ajuda você a tomar melhores decisões sobre quando esses medidores fazem sentido e como aproveitá-los ao máximo.
