Medidores de flujo ultrasónicos-tiempo de tránsito versus Doppler: cómo elegir la tecnología adecuada

El tiempo de tránsito-y el Doppler son dos formas diferentes de utilizar la ecografía para medir el flujo. Ambos pertenecen a la familia más amplia demedidores de flujo ultrasónicos, pero dependen de condiciones líquidas muy diferentes.

Un medidor de tiempo-de tránsito suele ser el punto de partida más sólido para detectar un líquido limpio o razonablemente homogéneo en una tubería completamente llena. Normalmente se considera un medidor Doppler cuando el líquido transporta constantemente sólidos suspendidos, burbujas de gas arrastradas u otros reflectores acústicos en movimiento.

Esa distinción entre limpio-y-sucio es útil, pero no es suficiente para la selección final. El material de la tubería, el espesor de la pared, el revestimiento, el rango de flujo, la ubicación de la instalación, la precisión requerida y las condiciones cambiantes del proceso pueden determinar si una señal ultrasónica sigue siendo utilizable.

Respuesta rápida: ¿Tiempo de tránsito-o Doppler?

Comience con la medición ultrasónica del tiempo-de tránsito cuando:

• El líquido es limpio o relativamente uniforme.
• La tubería queda completamente llena.
• El líquido y la tubería proporcionan un camino acústico estable.
• Se requiere una repetibilidad estable o una especificación de precisión más estricta.
• La aplicación implica agua tratada, agua de refrigeración, aceite limpio o un líquido de proceso compatible.

Comience con la medición ultrasónica Doppler cuando:

• El líquido contiene constantemente sólidos en movimiento o burbujas de gas.
• Esos reflectores se distribuyen a través del flujo en lugar de asentarse o acumularse en una parte de la tubería.
• La aplicación involucra aguas residuales, lodos, lodos o un líquido aireado.
• Se requiere un proceso no-invasivo o una medición de tendencias y el medidor seleccionado es adecuado para las condiciones esperadas del reflector.

No tome la decisión final basándose únicamente en el nombre del líquido. "Aguas residuales" puede referirse a agua ligeramente contaminada, efluentes aireados, lodos activados o una corriente con alto contenido de sólidos-. La condición acústica real es más importante que el nombre general del líquido.

El tiempo de tránsito-y el Doppler son métodos ultrasónicos

La frase "medidor de flujo ultrasónico versus Doppler" es técnicamente engañosa porque Doppler es en sí mismo un método de medición ultrasónico.

La comparación más precisa es:

• Medición de flujo ultrasónico en tiempo de tránsito-
• Medición de flujo ultrasónico Doppler

Según elDescripción general oficial de los métodos de medición de flujo por ultrasonidos de Endress+Hauser, la medición del tiempo-de tránsito compara el tiempo de viaje de los pulsos ultrasónicos que se mueven a favor y en contra del flujo. En cambio, la medición Doppler detecta el cambio de frecuencia del sonido reflejado por partículas o burbujas en movimiento.

Tiempo de tránsito-frente a Doppler: principales diferencias

Se trata de tendencias generales de selección más que de especificaciones universales de producto. El rango de tubería, el rango de velocidad, el límite de temperatura, la precisión y los requisitos de partículas deben compararse con el modelo exacto que se está considerando.

Cómo funciona la medición del flujo ultrasónico del tiempo-de tránsito

A medidor de flujo ultrasónico de tiempo de tránsito-Normalmente utiliza dos transductores. Un pulso viaja con el flujo de líquido, mientras que otro viaja en contra de él.

Cuando no hay flujo, los dos tiempos de viaje son casi iguales. Cuando el líquido se mueve, el pulso aguas abajo llega un poco antes y el pulso aguas arriba llega un poco más tarde. El transmisor utiliza esta diferencia de tiempo para calcular la velocidad promedio del líquido y el flujo volumétrico.

Para un sistema de abrazadera-, el sonido debe viajar a través de la pared de la tubería, cualquier revestimiento y el líquido antes de llegar al transductor receptor. Por lo tanto, el método depende de algo más que la limpieza del líquido. Los datos incorrectos de la tubería, el revestimiento deteriorado, las incrustaciones pesadas, la corrosión o el acoplamiento deficiente del transductor pueden debilitar la señal.

Donde el tiempo de tránsito-normalmente funciona bien

La tecnología de tiempo de tránsito-se evalúa habitualmente para agua tratada, circuitos de refrigeración y calefacción, aceites limpios, líquidos químicos homogéneos, sistemas de agua-purificada y estudios de flujo temporales.

Cuando los sensores externos son adecuados,abrazadera-en medidor de flujo ultrasónicoSe puede instalar sin cortar la tubería ni colocar una obstrucción mojada en el líquido. Esto puede reducir las interrupciones en la instalación y evitar la pérdida de presión causada por un elemento primario insertado.

Por qué el tiempo de tránsito-puede perder señal

La medición del tiempo de tránsito-puede volverse inestable cuando las burbujas dispersan el pulso ultrasónico, los sólidos suspendidos absorben o dispersan la energía acústica o la tubería no permanece llena. También ocurren problemas cuando el diámetro exterior ingresado, el espesor de la pared o los datos del revestimiento no coinciden con la tubería real.

En el punto de instalación, las señales de advertencia comunes incluyen una intensidad de señal débil, lecturas inestables en condiciones de proceso estables, una compensación cero inesperada o una gran diferencia entre mediciones repetidas. Estos síntomas no significan automáticamente que el medidor esté defectuoso. Las primeras comprobaciones deben incluir datos de tuberías, espaciamiento de transductores, acoplamiento, alineación y presencia de bolsas de aire o depósitos internos.

Cómo funciona la medición de flujo ultrasónico Doppler

Un medidor Doppler transmite una señal ultrasónica al líquido. Los sólidos en suspensión, las burbujas de gas u otras discontinuidades acústicas reflejan parte de esa señal al sensor.

Debido a que los reflectores se están moviendo, la señal devuelta tiene una frecuencia desplazada. El medidor utiliza ese cambio de frecuencia para estimar la velocidad del reflector y, con las dimensiones de la tubería configuradas, calcular el flujo.

La suposición clave es que los reflectores en movimiento viajan a una velocidad que representa adecuadamente el líquido a granel. Para obtener más información, consulte esta explicación de¿Qué es un medidor de flujo ultrasónico Doppler?.

Dónde suele funcionar bien el Doppler

La tecnología Doppler se considera comúnmente para aguas residuales, lodos activados, pulpa, líquidos de dragado, tuberías de lodos y líquidos de proceso aireados.

El funcionarioPágina del caudalímetro Doppler Pulsar DFM 6.1, por ejemplo, describe una aplicación de tubería completa-en la que la señal acústica se refleja en sólidos suspendidos en movimiento o burbujas de gas. Éste es un ejemplo de producto, no una especificación universal para cada medidor Doppler.

Por qué "líquido sucio" no significa automáticamente Doppler

Una lectura Doppler aún puede no ser confiable si el líquido contiene muy pocos reflectores, si los sólidos se depositan en el fondo de la tubería o si se acumulan burbujas cerca de la parte superior. Los sólidos pesados ​​también pueden atenuar la señal antes de que regrese un eco útil.

El problema no es simplemente si existen partículas. Las partículas o burbujas deben ser detectables, moverse y distribuirse de manera que represente la velocidad real del líquido. Los requisitos mínimos de concentración y tamaño de partícula son específicos del producto-y deben confirmarse en la documentación técnica del medidor seleccionado.

Cómo elegir entre tiempo de tránsito-y Doppler

1. Describa la condición real del líquido

Comience con el proceso en operación en lugar de con un nombre de líquido genérico. Determine si el líquido está limpio, turbio, aireado o muy cargado de sólidos. Pregunte si las partículas están presentes continuamente, si se sedimentan a baja velocidad y si el líquido cambia durante la producción, la limpieza o el arranque-de la bomba.

Un líquido limpio y acústicamente estable generalmente favorece el tiempo de tránsito-. Un líquido con una población constante de reflectores en movimiento puede respaldar la medición Doppler. Si el líquido alterna entre condiciones limpias y sucias, evalúe tanto el estado normal como el peor-caso antes de seleccionar cualquiera de los métodos.

2. Confirme que la tubería permanezca llena

Las mediciones estándar de tiempo de tránsito-de tubería cerrada-y Doppler normalmente suponen que la sección transversal-de la tubería está llena de líquido.

Una bolsa de aire puede interrumpir una ruta acústica en tiempo de tránsito-o impedir que un sensor Doppler muestree una parte representativa del flujo. Si la tubería está parcialmente llena, considere un sistema de área-velocidad, nivel-más-velocidad o sistema de canal-abierto en lugar de forzar un medidor estándar de tubería-llena en la aplicación.

3. Defina correctamente la precisión requerida

No compares dos metros utilizando únicamente un porcentaje. Revise si la especificación se expresa como:

• Porcentaje de lectura
• Porcentaje de escala completa
• Un error de velocidad fijo
• Repetibilidad
• Linealidad
• Velocidad mínima medible
• Rendimiento calibrado o no calibrado

La guía del sitio paraprecisión del medidor de flujo ultrasónicose puede utilizar para revisar las especificaciones a nivel de producto-disponibles, pero el rendimiento final también debe tener en cuenta los datos de la tubería y la calidad de la instalación.

Un ejemplo ilustrativo de precisión

Supongamos que un medidor tiene un rango de escala-completa de 1000 unidades por hora y el flujo real es de 100 unidades por hora.

• Una especificación hipotética de ±1% de la lectura equivaldría a ±1 unidad por hora en ese punto de operación.
• Una especificación hipotética de ±1% de la escala completa equivaldría a ±10 unidades por hora.

Este ejemplo no representa un producto en particular. Muestra por qué el rendimiento de flujo bajo-puede verse muy diferente incluso cuando ambas hojas de datos contienen el número "1%".

Cuando el rendimiento rastreable sea importante, revise la documentación de calibración del proveedor y el rango operativo previsto. NISTinformación sobre estándares de flujo de líquidosTambién ilustra por qué la incertidumbre de la calibración y la trazabilidad deben considerarse por separado de una simple afirmación de precisión. el sitiocalibración del medidor de flujoLa página proporciona información relacionada sobre el producto y la calibración.

4. Verifique el material y la condición de la tubería

Para la medición con abrazadera-, prepare el diámetro exterior de la tubería, el espesor de la pared, el material de la tubería, el material del revestimiento y el espesor del revestimiento correctos.

También inspeccione el área de montaje para ver si:

• Corrosión externa
• Acumulación de pintura o revestimiento
• Incrustaciones internas o sedimentos
• Forro flojo o deteriorado
• Aislamiento que evita el contacto directo del sensor.
• Espacio insuficiente para la correcta separación del transductor

Los datos incorrectos de la tubería pueden producir una separación incorrecta entre los transductores y, por lo tanto, un cálculo incorrecto de la ruta acústica. Las tuberías de concreto, compuestas, muy revestidas o deterioradas pueden requerir pruebas de aplicación en lugar de selección de una tabla estándar.

5. Confirme el rango de flujo completo

Registre el flujo mínimo, normal y máximo, así como la velocidad mínima y máxima. Indique también si el flujo es continuo, intermitente, bidireccional o frecuentemente cercano a cero.

Un medidor que funciona bien en el punto de funcionamiento normal puede volverse ruidoso cerca del extremo inferior del rango. Por lo tanto, el alcance esperado debe compararse con la combinación exacta de transmisor y transductor, no sólo con el tamaño nominal de la tubería.

6. Revise la ubicación de instalación

Un líquido adecuado no puede compensar un mal punto de instalación. Verifique si hay codos aguas arriba, válvulas de control, bombas, reductores, conexiones derivadas y válvulas parcialmente abiertas.

El requisito de recorrido recto-correcto depende del medidor y del tipo de alteración del flujo. Siga las instrucciones del fabricante en lugar de aplicar una regla universal. La descripción general del sitio desecciones de tubería recta-aguas arriba y aguas abajoproporciona contexto adicional.

Para sensores externos, limpie la superficie de montaje y siga el procedimiento de espaciado, alineación y acoplamiento especificado. Puntos prácticos adicionales están disponibles en la guía parainstalación del sensor con abrazadera-.

7. Considere la variabilidad del proceso

Algunos procesos se mueven entre los rangos operativos normales de las dos tecnologías. Los ejemplos incluyen agua de refrigeración con burbujas inducidas por bomba intermitente-, aguas residuales con concentraciones cambiantes de sólidos y líneas de producción que alternan entre líquido de proceso y agua de lavado limpia.

En estas situaciones, no elija únicamente entre una tabla limpia-versus-sucia. Determine qué condición operativa es más importante, con qué frecuencia cambia la condición y si la pérdida temporal de medición es aceptable.

Tabla de decisión de solicitud límite

Escenarios prácticos de selección

Distribución de agua-tratada

El líquido está limpio, la tubería está llena y se requiere una medición estable en un rango operativo definido. El tiempo de tránsito-es el punto de partida lógico. La selección final debe confirmar la construcción de la tubería, la velocidad mínima, la precisión requerida y la ubicación de la instalación.

Tubería de lodos-activada

El líquido contiene constantemente sólidos biológicos en suspensión y puede contener burbujas de gas. El Doppler puede ser adecuado si esos reflectores siguen siendo detectables y representativos. Si los sólidos se sedimentan durante períodos de flujo bajo-, se necesita una revisión de campo antes de asumir que la velocidad Doppler representará toda la corriente.

Agua de refrigeración con aireación intermitente

El tiempo de tránsito-puede funcionar bien durante el funcionamiento normal y perder señal cuando una bomba introduce aire. El Doppler puede recibir reflejos útiles durante la aireación, pero falla cuando el agua se vuelve limpia. Esta es una condición en la que las pruebas de aplicaciones son más útiles que una simple etiqueta tecnológica.

Verificación temporal del sistema

Cuando el objetivo es comparar un medidor instalado, revisar una bomba o inspeccionar varias tuberías,medidor de flujo ultrasónico portátilpuede proporcionar más flexibilidad que una unidad montada permanentemente. El líquido y la tubería aún deben cumplir los requisitos del método de medición seleccionado.

Aguas residuales o lodos conductivos

Si el líquido es conductor y la instalación en línea es aceptable, comparemedidores de flujo ultrasónicos y electromagnéticosen lugar de limitar la decisión a dos métodos ultrasónicos.

La guía oficial de Emerson describe los medidores magnéticos como adecuados para líquidos y lodos conductores. La variedad del sitio demedidores de flujo electromagnéticosPor lo tanto, se puede considerar cuando la conductividad, el material del revestimiento, la compatibilidad de los electrodos y los requisitos de instalación sean adecuados.

Errores de selección comunes

• Tratar al Doppler como una tecnología no-ultrasónica:Doppler y el tiempo-de tránsito son dos métodos ultrasónicos.
• Elegir sólo por nombre del líquido:"Agua", "aguas residuales" y "lodo" no describen la distribución del reflector, la aireación o el comportamiento de sedimentación.
• Copiar requisitos de partículas de otro producto:El tamaño mínimo de partícula y la concentración son específicos del modelo-.
• Comparación de diferentes definiciones de precisión:El porcentaje de lectura y el porcentaje de escala completa no son intercambiables.
• Ignorando la condición de la tubería:Las dimensiones incorrectas, la corrosión, las incrustaciones o los problemas de revestimiento pueden invalidar el resultado de una abrazadera.
• Suponiendo que todos los líquidos sucios se adapten al Doppler:Una atenuación excesiva, asentamientos y reflectores no representativos aún pueden causar errores.
• Ignorando el flujo mínimo:El rendimiento de baja-velocidad puede determinar si el medidor es útil durante el funcionamiento normal.

Cómo verificar la instalación en el campo

Después de la instalación, no acepte una visualización estable como única prueba de una medición correcta. Utilice las siguientes comprobaciones cuando sea práctico:

• Confirme los datos ingresados ​​sobre el diámetro exterior, el espesor de la pared, el material y el revestimiento.
• Vuelva a verificar el espaciado calculado de los transductores y la alineación física.
• Revise la intensidad de la señal, la calidad de la señal y los mensajes de diagnóstico.
• Verifique la lectura de flujo cero-cuando esté disponible una condición verificada sin flujo-.
• Repita la medición con diferentes cargas operativas.
• Compare el resultado con una referencia calibrada, una prueba de volumen-del tanque, una curva de bomba u otro indicador de proceso defendible.
• Inspeccione si las lecturas cambian cuando cambian las burbujas, la carga de sólidos o el funcionamiento de la bomba.
• Registre los ajustes de instalación para que la medición pueda reproducirse más adelante.

Si la señal permanece inestable, consulte la guía del sitio paraProblemas comunes del medidor de flujo ultrasónicoantes de cambiar la configuración del medidor repetidamente.

Información para prepararse antes de solicitar una cotización

• Nombre y composición del líquido.
• Condiciones esperadas de burbujas-sólidas y gaseosas-en suspensión
• Si la condición del líquido cambia con el tiempo.
• Diámetro exterior de la tubería y espesor de pared.
• Materiales de tuberías y revestimientos.
• Estado de la tubería interna
• Caudal mínimo, normal y máximo.
• Velocidad mínima y máxima
• Temperatura y presión del proceso.
• Si la tubería siempre permanece llena
• Disponible tubería recta aguas arriba y aguas abajo
• Precisión y repetibilidad requeridas
• Uso portátil, temporal o permanente.
• Preferencia de instalación-con abrazadera, inserción o en línea
• Salida analógica requerida, salida de pulsos o protocolo de comunicación
• Fuente de alimentación
• Requisitos ambientales y de áreas-peligrosas

Una descripción completa de la aplicación es más útil que solicitar "un medidor Doppler para aguas residuales" o "un medidor ultrasónico para agua limpia".

Recomendación de selección final

Elija el tiempo de tránsito-cuando el líquido esté limpio, la tubería esté llena y la ruta acústica sea estable.

Elija Doppler cuando el líquido contenga constantemente suficientes partículas o burbujas en movimiento detectables para producir una señal reflejada representativa.

Para condiciones límite, revise el proceso completo en lugar de forzar una decisión limpia-versus-sucia. La construcción de la tubería, la velocidad mínima, la variabilidad del proceso, la ubicación de la instalación y la precisión requerida pueden ser tan importantes como el líquido mismo.

Prepare los datos de la aplicación enumerados anteriormente yenvíe sus condiciones de operación para una recomendación de medidor de flujo. La idoneidad final debe confirmarse con respecto al transmisor seleccionado, la configuración del transductor y los requisitos de instalación.