No domínio da automação industrial e do controlo de processos, a medição precisa do caudal de gás é fundamental para a eficiência, segurança e conformidade regulamentar. Entre as tecnologias avançadas disponíveis, 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.
Índice
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:
- 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.
- 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:
- 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.
- Elevada precisão e repetibilidade:
- Os medidores ultra-sónicos modernos atingem uma precisão de ±1% ou superiorideal para a transferência de custódia e faturação.
- Medição de caudal bidirecional:
- Capaz de medir o caudal em ambas as direcções, útil em sistemas de condutas complexos.
- Rácio de abertura amplo:
- Mede com precisão os caudais de velocidades muito baixas a altas (por exemplo, 100:1 turndown).
- Manutenção reduzida:
- A ausência de peças móveis reduz o desgaste e a necessidade de calibração.
- Compatibilidade com tubagens de grandes dimensões:
- Adequado para tubos de 2 cm a vários metros de diâmetro.
- 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:
- 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.
- Dependências de temperatura e pressão:
- As variações extremas podem exigir algoritmos de compensação.
- Custo inicial mais elevado:
- Mais caros do que os contadores mecânicos básicos, embora compensados por poupanças a longo prazo.
- 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.
- 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
- Gases limpos e secos:
- Gás natural, ar comprimido, azoto, oxigénio, árgon.
- Um mínimo de partículas ou humidade garante medições fiáveis do tempo de trânsito.
- Gases Corrosivos:
- Cloro, amoníaco ou sulfureto de hidrogénio (com sensores resistentes à corrosão).
- Gases de alta pureza:
- Utilizado no fabrico de semicondutores ou em produtos farmacêuticos.
- 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:
- Propriedades do gás: Limpeza, humidade e corrosividade.
- Tamanho e material do tubo: Instalação com braçadeira vs. em linha.
- Necessidades de precisão: Transferência de custódia vs. controlo geral.
- Condições ambientais: Certificações de temperatura, pressão e áreas perigosas (por exemplo, ATEX).
- 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.
