Como evitar o impacto negativo das bolhas de ar na medição ultrassônica do medidor de água durante a instalação

Medidores de água ultrassônicos medir a taxa de fluxo com base na diferença no tempo de propagação da onda sonora em um fluido. Eles oferecem alta precisão de medição e são livres de desgaste, o que os torna amplamente utilizados no gerenciamento inteligente de água e na liquidação comercial. No entanto, bolhas de ar ou cavidades nas redes de tubulações representam um risco significativo para a estabilidade e a precisão da medição dos medidores ultrassônicos de água. Devido à diferença significativa na impedância acústica entre gás e líquido, a presença de bolhas de ar pode interferir gravemente na propagação do sinal ultrassônico, levando à distorção da medição. Portanto, a instalação profissional e o design do sistema são essenciais para minimizar o impacto negativo das bolhas de ar.

O impacto essencial das bolhas de ar nos sinais ultrassônicos

Os princípios operacionais dos hidrômetros ultrassônicos, seja pelo método de tempo de trânsito ou Doppler, dependem da propagação estável das ondas ultrassônicas na água.

Atenuação e interrupção do sinal: As bolhas de ar são um forte atenuador das ondas sonoras. Quando um feixe ultrassônico se propaga através de um tubo, ele encontra bolhas de ar, causando forte reflexão e dispersão, resultando em uma queda acentuada na intensidade do sinal recebido ou até mesmo em uma interrupção completa, um fenômeno conhecido como “perda de pulso”. Isto impede que o conversor eletrônico meça com precisão a diferença de tempo de propagação entre os fluxos a montante e a jusante, levando diretamente a erros de medição.

Distorção do campo de velocidade: Um grande número de bolhas pode alterar as propriedades físicas do fluido no tubo, criando fluxo lento ou estratificado, o que distorce gravemente o perfil de velocidade. Os medidores de água ultrassônicos, especialmente os projetos de caminho único, devem assumir que o tubo está completamente cheio e o padrão de fluxo é uniforme. Esta distorção no perfil de velocidade invalida o fator de correção incorporado, levando a erros sistemáticos.

Incerteza de medição: Para medidores de tempo de trânsito, a natureza aleatória das bolhas introduz ruído e incerteza adicionais, manifestando-se como grandes flutuações nas leituras instantâneas de fluxo e potencialmente até criando a ilusão de "refluxo".

Seleção do local de instalação: a estratégia fundamental para evitar o acúmulo de bolhas

A maneira mais eficaz de evitar a interferência de bolhas é evitar o acúmulo de gás no tubo de medição em sua origem. Isso exige adesão rigorosa às especificações de instalação profissional para mecânica de fluidos e medição ultrassônica.

1. Priorize tubos de baixo nível ou fluxo ascendente

Em um sistema de rede de tubulação, as bolhas tendem a se mover para cima devido à flutuabilidade e se acumulam em pontos altos da tubulação.

Evite instalação em pontos altos: Os hidrômetros ultrassônicos nunca devem ser instalados no ponto mais alto de uma tubulação. Os pontos altos são onde é mais provável a formação de bolsas de ar, onde as bolhas podem permanecer por longos períodos, criando uma cavidade que abrange a seção transversal do tubo e afeta seriamente a medição.

Recomenda-se um tubo ascendente de fluxo total: O local de instalação ideal é um ponto baixo ou uma seção do tubo com fluxo vertical ascendente. Em seções de fluxo verticalmente ascendente, a água flui através de todo o tubo, permitindo que as bolhas sejam rapidamente deslocadas para cima com a corrente e com menor probabilidade de se acumularem perto do transdutor.

2. Requisitos de tubulação reta e configuração do retificador

Embora os tubos retos sejam usados ​​principalmente para garantir a distribuição uniforme da velocidade do fluxo, eles também têm um efeito positivo na dispersão de bolhas.

Comprimentos de tubo reto suficientes: Comprimentos de tubo reto suficientes devem ser mantidos a montante e a jusante do medidor de água ultrassônico (geralmente, é recomendado atender aos requisitos "10D" e "5D", onde D representa o diâmetro do tubo). Isso ajuda a estabilizar o padrão de fluxo e reduzir os vórtices, que podem fazer com que bolhas sejam extraídas ou atraídas para a água.

Condicionador de fluxo a montante: Em layouts de tubulação complexos, considere instalar um condicionador de fluxo especializado a montante do medidor de água ultrassônico. Embora um condicionador de fluxo elimine principalmente a distorção da velocidade do fluxo, alguns projetos também podem ajudar a quebrar bolhas grandes, fazendo com que elas passem pela área de medição em áreas menores, sendo mais facilmente transportadas pelo fluxo de água.

Medidas de suporte de sistema e otimização de design

Além da seleção do local, o design do sistema e os equipamentos de suporte também são essenciais para garantir a operação do medidor de água ultrassônico sem bolhas.

1. Instale uma válvula de ventilação de ar

Uma válvula de ventilação automática confiável deve ser instalada em um ponto alto da tubulação a montante ou próximo ao medidor ultrassônico de água.

Função: A válvula de ventilação remove de forma contínua e eficaz o ar livre da rede de tubulação. Isto é especialmente verdadeiro durante o enchimento de água, corte e refluxo de água ou flutuações de pressão. Grandes quantidades de ar retido só podem ser removidas rapidamente através da válvula de ventilação, garantindo que a tubulação na frente do medidor de vazão permaneça cheia.

2. Procedimentos de enchimento e ventilação

Procedimentos rigorosos de enchimento e ventilação são cruciais durante a instalação e comissionamento de medidores ultrassônicos de água.

Enchimento lento: Quando a rede de tubulações é restaurada para o abastecimento de água, a água deve ser enchida lentamente para evitar um fluxo rápido de água que pode arrastar grandes quantidades de ar, formando bolsas de ar e evitando o golpe de aríete.

Ventilação Completa: Antes do comissionamento, o tubo deve ser totalmente ventilado abrindo a válvula de ventilação ou a válvula na extremidade do tubo até que o fluxo de saída esteja estável e livre de bolhas.

3. Diferenças na aplicabilidade entre os métodos Transit-Time e Doppler

Diferentes tecnologias ultrassônicas têm sensibilidades variadas às bolhas.

Tempo de Trânsito: Este método é extremamente sensível a bolhas e tem como objetivo medir líquidos limpos. Quaisquer bolhas são consideradas ruído ou interferência e devem ser estritamente evitadas usando os métodos acima.

A medição do fluxo Doppler depende do sinal refletido de partículas ou bolhas no fluido para medir a velocidade do fluxo. Portanto, uma quantidade moderada de bolhas é essencial para o seu funcionamento, mas concentrações excessivas ou insuficientes de bolhas também podem causar erros. Na indústria de medição de água, o método do tempo de trânsito é comumente usado para medição de água limpa devido à sua alta precisão.