Sim. A maioria dos medidores de água ultrassônicos exige tubos retos a montante e a jusante para fornecer a precisão indicada em seu rótulo. Quando testamos um medidor ultrassônico de trajeto único em nossas instalações de produção, a bancada de calibração inclui longas seções retas precisamente por esse motivo. Se o mesmo medidor for montado muito próximo de uma bomba ou de uma válvula parcialmente fechada, a leitura pode mudar em vários pontos percentuais, mesmo que o medidor em si não tenha mudado.
Para um medidor de água ultrassônico de tempo de trânsito típico, a regra de instalação aceita é de pelo menos 10 diâmetros de tubo reto a montante do medidor e pelo menos 5 diâmetros de tubo a jusante. A distância a montante é medida a partir da conexão perturbadora de fluxo mais próxima, como um cotovelo de 90 graus, T, bomba ou válvula, até a entrada do medidor. A distância a jusante é medida da saída do medidor até a próxima conexão.
Esses requisitos são expressos em termos de diâmetro do tubo porque a distância física varia de acordo com o tamanho do medidor. Um medidor DN20 necessita, portanto, de cerca de 200 mm de tubo reto a montante e 100 mm a jusante. Um medidor DN50 precisa de cerca de 500 mm a montante e 250 mm a jusante. Um medidor granel DN200 precisa de cerca de 2 m a montante e 1 m a jusante.
Um hidrômetro ultrassônico mede a vazão enviando pulsos sonoros de alta frequência através da água. Dois transdutores são normalmente montados no mesmo tubo de fluxo. Um transdutor envia um pulso a jusante e o outro envia um pulso a montante. Como a água está em movimento, o pulso a jusante viaja um pouco mais rápido que o pulso a montante. O medidor mede a diferença de tempo e a converte em uma velocidade média de fluxo ao longo do caminho acústico.
Este método de medição é rápido, não possui partes móveis e pode detectar vazões muito baixas, mas depende de um perfil de velocidade previsível através do tubo. Em um tubo longo e reto, o fluxo de água torna-se totalmente desenvolvido, o que significa que a distribuição de velocidade é estável e simétrica. A água mais rápida está no centro e a mais lenta está perto da parede do tubo. Um medidor ultrassônico de caminho único usa uma corda desse perfil e assume que o restante do perfil segue o mesmo padrão.
Quando os acessórios para tubos perturbam o fluxo de água, o perfil fica torcido ou assimétrico. O redemoinho pode permanecer no tubo por 20 ou mais diâmetros de tubo. Se o caminho ultrassônico amostrar o lado mais rápido do perfil, o medidor registrará em excesso. Se amostrar o lado mais lento, o medidor apresenta sub-registro.
Isto não é uma falha mecânica. A eletrônica do medidor ainda está medindo a diferença real do tempo de trânsito ao longo do caminho. O problema é que a velocidade do percurso não representa mais a velocidade média em toda a seção transversal. Os trechos de tubos retos não são, portanto, uma recomendação opcional; fazem parte do projeto hidráulico da instalação.
Diferentes acessórios a montante criam diferentes níveis de perturbação do fluxo. Um único cotovelo cria uma leve assimetria. Uma válvula gaveta parcialmente aberta cria um jato de alta velocidade e turbulência severa. Dois cotovelos em planos diferentes criam um redemoinho que persiste por muito mais tempo. A tabela abaixo fornece valores iniciais práticos para um medidor de água ultrassônico de caminho único.
| Condição a montante | Tubo reto a montante | Tubo reto a jusante |
|---|---|---|
| Cotovelo ou tee único de 90 graus | 10D | 5D |
| Dois cotovelos de 90 graus no mesmo plano | 15D | 5D |
| Dois cotovelos de 90 graus em planos diferentes | 25D | 5D |
| Válvula gaveta totalmente aberta | 10D | 5D |
| Válvula gaveta parcialmente aberta | 25D | 5D |
| Descarga da bomba com válvula de retenção | 25D | 5D |
| Redutor ou expansão concêntrica | 15D | 5D |
Estes valores assumem um medidor ultrassônico de passagem total instalado em um tubo de mesmo diâmetro nominal. Se o tubo for antigo, escamoso ou parcialmente bloqueado, o requisito de tubo reto pode ser mais longo. Se o medidor tiver múltiplos caminhos acústicos ou um condicionador de fluxo interno, o requisito pode ser menor, mas isso deve sempre ser confirmado na ficha técnica e não presumido.
Tubo reto insuficiente cria três problemas distintos em uma instalação de medidor de água ultrassônico: erro de registro, instabilidade de sinal e desempenho inconsistente de baixo fluxo.
O medidor pode ler consistentemente alto ou baixo porque está medindo uma parte perturbada do perfil de velocidade. Muitas vezes, isso só é percebido quando um teste de comparação é feito com uma configuração de teste calibrada ou outro medidor.
Redemoinho, bolhas de ar e turbulência dispersam o sinal ultrassônico. O medidor pode mostrar leituras de vazão instantânea flutuantes mesmo quando a demanda real é constante.
Em vazões baixas o perfil de velocidade já é menos estável. Tubo reto curto amplia esse efeito, dificultando a detecção de pequenos vazamentos e fluxos noturnos.
Um caso de campo do nosso histórico de suporte mostra como isso é importante. Um distribuidor na Europa instalou um hidrômetro ultrassônico DN80 apenas 3D a jusante de uma válvula borboleta. Durante o primeiro mês, a concessionária percebeu que os fluxos noturnos eram suspeitamente altos. Um teste portátil mostrou que o medidor estava registrando cerca de 6% acima do volume real. O medidor foi movido para um local com tubulação reta 12D a montante e o deslocamento caiu para menos de 1%. Nenhum componente dentro do medidor foi alterado; a única diferença era o perfil hidráulico.
Quando você está planejando a instalação de um medidor de água ultrassônico, é útil percorrer a rota do tubo e identificar todas as possíveis fontes de perturbação antes de escolher a posição do medidor.
A melhor abordagem é colocar o medidor antes, e não depois, do ajuste mais perturbador. Por exemplo, se um sistema tiver um filtro e uma bomba, instale o medidor de água ultrassônico no lado de entrada do filtro com um tubo reto na frente dele, em vez de diretamente após a descarga da bomba.
Existem projetos de medidores de água ultrassônicos que toleram melhor o fluxo perturbado do que outros. A principal razão é o número e a disposição dos caminhos acústicos.
Um medidor ultrassônico multipercurso envia pulsos sonoros ao longo de vários acordes em diferentes alturas dentro do tubo. A eletrônica do medidor combina essas medições de velocidade em uma média transversal mais precisa. Isto reduz o erro causado por um perfil assimétrico, mas não elimina completamente a necessidade de tubo reto. Um medidor de múltiplos caminhos pode funcionar com 5D a montante e 2D a jusante, onde um medidor de caminho único precisaria de 10D e 5D.
Alguns tubos de fluxo possuem geometria interna usinada que endireita o fluxo antes do caminho acústico. Esses medidores podem ser instalados com tubos retos externos significativamente mais curtos. No entanto, o condicionador interno também pode aumentar a perda de pressão e pode ser afetado pela qualidade da água se houver acúmulo de detritos.
Medidores de vazão ultrassônicos de fixação medem através da parede do tubo e são frequentemente usados para verificação temporária. Eles não têm a vantagem de um tubo de fluxo usinado. Eles são sensíveis à condição da parede do tubo, ao alinhamento do transdutor e ao perfil de velocidade. Um alicate amperímetro precisa da mesma atenção em tubos retos que um medidor em linha, às vezes mais.
Se o layout do tubo for extremamente compacto e nenhum medidor ultrassônico puder atender aos requisitos de passagem direta, um medidor eletromagnético de água é uma alternativa prática. Como os medidores eletromagnéticos medem o fluxo com base na tensão gerada pela água condutiva que se move através de um campo magnético, eles são menos dependentes de um perfil de velocidade perfeitamente simétrico. Por esse motivo, recomendamos frequentemente medidores eletromagnéticos para retrofits em salas mecânicas e estações de bombeamento apertadas.
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A instalação de tubo vertical é aceitável se a direção do fluxo for ascendente. Um fluxo ascendente mantém o tubo cheio e permite que os gases subam em vez de se alojarem dentro do medidor. O fluxo vertical descendente é arriscado porque o tubo pode não permanecer cheio em taxas de fluxo baixas.
Medidores de água ultrassônicos de grande diâmetro, de DN50 a DN200, são usados em redes de distribuição, redes de irrigação e submedição industrial. Esses locais geralmente contêm bombas, válvulas de controle, filtros e layouts complexos de coletores. Um medidor ultrassônico de caminho único pode ser difícil de instalar nessas condições porque um requisito de 10D em uma linha DN150 significa 1,5 m de tubo transparente antes do medidor.
Na prática, projetamos medidores ultrassônicos de grande diâmetro com um arranjo de transdutor multipercurso e um furo usinado. Isso ajuda a compensar a assimetria do fluxo residual e reduz o tubo reto necessário em comparação com um projeto simples de caminho único. Mesmo assim, o nosso desenho técnico de cada modelo indica as distâncias mínimas a montante e a jusante. Nunca recomendamos a remoção de todos os tubos retos, a menos que o medidor esteja explicitamente marcado com baixa aprovação para passagem direta ou tenha um condicionador de vazão integrado.
Para concessionárias de água e engenheiros de usinas, quanto maior o medidor, mais importante é obter o desenho de instalação antes da conclusão das obras civis. É muito caro cortar e reposicionar um medidor DN200 após a construção das câmaras de concreto e dos suportes dos tubos. Uma rápida revisão do layout da tubulação durante a fase de projeto pode evitar um problema crônico de precisão que permanece oculto por anos.
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Você também pode realizar uma verificação prática em campo com um balde ou tanque calibrado. Deixe correr água em um fluxo médio estável por um determinado período de tempo e compare o volume coletado com o total do medidor. Repita o teste com fluxo baixo e fluxo alto. Se o erro mudar com a vazão, a causa geralmente é um perfil de velocidade perturbado, e não um problema de calibração do medidor.
Para uma verificação mais precisa, compare a leitura do medidor ultrassônico com outro medidor de vazão instalado em um local que atenda aos requisitos de tubo reto. Isso é comum quando um medidor ultrassônico portátil é usado como referência. Ele ainda precisa de seu próprio tubo reto, portanto, o melhor ponto de referência geralmente é uma seção de tubo bem a jusante ou a montante do medidor principal, onde os cotovelos e as válvulas estão ausentes.
Nossa equipe de engenharia também analisa os desenhos de instalação antes do envio. Se você não tiver certeza sobre um layout de tubo compacto, envie-nos um esboço simples com diâmetros de tubo, posições de encaixe e direção do fluxo. Diremos se o local proposto é aceitável e, caso contrário, sugeriremos um tipo de medidor alternativo. Você também pode revisar nossas notas práticas de instalação para obter mais detalhes: precauções de instalação do medidor de água ultrassônico .
Na maioria dos casos, não. Um único cotovelo de 90 graus cria um perfil de velocidade fortemente assimétrico que pode durar muitos diâmetros de tubo. O mínimo recomendado geralmente é 10D a montante, e um valor mais alto é mais seguro se o cotovelo estiver próximo a uma bomba ou válvula. A instalação imediatamente após o cotovelo ainda pode produzir leituras utilizáveis, mas o erro pode exceder a especificação do medidor.
Sim, embora a distância a jusante seja menor que a distância a montante. O tubo a jusante fornece uma condição controlada de pressão e velocidade na saída do medidor. Também evita que uma conexão a jusante crie uma zona de baixa pressão que poderia perturbar o fluxo dentro do corpo do medidor. O mínimo padrão geralmente é 5D.
Sim. A exigência de tubo reto é expressa em diâmetros de tubo, o que significa que a distância física real aumenta com o tamanho do medidor. Um medidor DN20 com exigência de 10D precisa de 200 mm de tubo reto, enquanto um medidor DN200 precisa de 2 m. É por isso que as instalações de grande diâmetro necessitam de mais espaço de planeamento.
Um endireitador de fluxo pode reduzir o redemoinho, mas não é um substituto perfeito. Deve ser instalado com uma distância recomendada a montante do medidor e uma seção de tubulação limpa a jusante. Os endireitadores de fluxo também coletam detritos e incrustações ao longo do tempo, o que altera seu desempenho. Preferimos um tubo verdadeiramente reto sempre que o layout permitir.
Não. Os medidores de caminho único são mais sensíveis a perturbações no perfil de vazão. Os medidores multipercurso são geralmente mais estáveis. Alguns medidores residenciais compactos são projetados com condicionamento de fluxo interno para reduzir os requisitos de tubulação externa. Verifique sempre a seção de instalação da ficha técnica do medidor em vez de aplicar uma regra genérica.
Primeiro, verifique se o modelo do medidor tem um requisito de tubo reto mais curto devido à medição de múltiplos caminhos ou ao condicionamento interno. Se o espaço ainda estiver muito apertado, considere um medidor de água eletromagnético ou ajuste o layout da tubulação para mover o medidor para um local melhor. Aceitar permanentemente um trecho reto subdimensionado tornará os dados do medidor não confiáveis.
No fluxo zero, não há velocidade para medir, portanto, o requisito de tubo reto afeta principalmente a detecção de fluxo baixo e a precisão da medição acima da vazão inicial. Em um perfil de fluxo perturbado, as leituras de fluxo baixo são frequentemente instáveis, o que pode ocultar vazamentos e dificultar a análise do fluxo noturno.
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