Medidores de Vazão Ultrassônicos

Medidores de Vazão Ultrassônicos: Visão Geral, Princípios e Aplicações

Visão Geral

Os medidores de vazão ultrassônicos medem a velocidade do fluido analisando como as ondas ultrassônicas se propagam através dos meios em fluxo. Dependendo do método de detecção, eles são classificados em:

Métodos de tempo de voo (TOF) (diferença direta de tempo, diferença de fase, diferença de frequência)

Método Doppler

Método de deflexão do feixe

Método de correlação de ruído

Com os avanços nos circuitos integrados, os medidores de vazão ultrassônicos foram amplamente adotados em aplicações industriais nas últimas décadas.

Vantagens

Medição Não Intrusiva

Sem peças móveis → sem queda de pressão ou perturbação do fluxo

Adequado para tubos grandes, canais abertos e fluidos de difícil acesso

Pode medir fluidos corrosivos, não condutores, radioativos e inflamáveis

Ampla Aplicabilidade

Faixa de diâmetro do tubo: 2 cm a 5 m

Pode medir líquidos e gases

Modelos portáteis disponíveis para medições temporárias (por exemplo, captação de água de turbinas em usinas)

Custo-Benefício para Tubos Grandes

A instalação não escala com o tamanho do tubo (ao contrário dos medidores de vazão mecânicos)

Sem deriva de calibração devido a mudanças de temperatura, pressão ou viscosidade

Versatilidade em Meios Desafiadores

O método Doppler pode medir lamas, esgoto e fluxos bifásicos

Os métodos de tempo de voo oferecem alta precisão para líquidos limpos

 

Desvantagens

Limitações de Temperatura

Limitado pelo material do transdutor e adesivos de acoplamento (tipicamente <200°C)

A falta de dados de velocidade acústica em alta temperatura afeta a precisão

Processamento de Sinal Complexo

A velocidade do fluido (~m/s) é minúscula em comparação com a velocidade do som (~1500 m/s)

Requer eletrônica de alta precisão (precisão de 10⁻⁵ a 10⁻⁶)

Dependência do Fluido

O método Doppler requer refletores (por exemplo, bolhas, partículas)

Os métodos de tempo de voo precisam de fluidos limpos e homogêneos

Requisitos de Instalação

Trechos de tubos retos necessários para evitar distorções do perfil de fluxo

Problemas de acoplamento em tubos corroídos ou revestidos

 

Princípios Básicos

Um medidor de vazão ultrassônico consiste em:

Transdutores – Convertem energia elétrica em ondas ultrassônicas (e vice-versa) usando elementos piezoelétricos (por exemplo, PZT).

Circuitaria de Processamento de Sinal – Mede diferenças de tempo (TOF) ou deslocamentos de frequência (Doppler).

Unidade de Exibição/Saída – Mostra o fluxo instantâneo e cumulativo.

Tecnologias Chave

Transdutores Piezoelétricos: Discos finos (relação diâmetro-espessura de 10:1) feitos de titanato zirconato de chumbo (PZT).

Cunhas Acústicas: Feitas de PMMA (acrílico) ou borracha para direcionar as ondas para o fluido de forma eficiente.

Modos de Medição:

Configurações Z/V/X: Otimizam o caminho do sinal para o tamanho do tubo.

Sensores Clamp-On vs. Molhados: Troca entre conveniência e precisão.

 

Usos Industriais

Água e Esgoto: Vazão de rios, tratamento de esgoto.

Petróleo e Gás: Água produzida, injeção química.

Energia: Água de resfriamento, sistemas de vapor.

HVAC: Água gelada, monitoramento de refrigerante.

 

Tendências Futuras

Sensores de Alta Temperatura: Expandindo além dos limites de 200°C.

Processamento de Sinal Assistido por IA: Compensando erros de perfil de fluxo.

Sistemas Híbridos: Combinando Doppler e TOF para maior compatibilidade de fluidos.

Os medidores de vazão ultrassônicos são ideais para medições eficientes em termos de energia e não invasivas, mas a seleção adequada (Doppler vs. TOF) e a instalação são críticas para um desempenho ideal.