Si ha pasado algún tiempo cerca de instalaciones de medición de gas-o simplemente hojeado catálogos técnicos-probablemente se haya topado con el término "medidor de flujo ultrasónico multitrayecto." Suena elegante. Y, sinceramente, lo es.
Pero aquí está la cuestión: el concepto básico no es tan complicado una vez que se elimina la jerga.
La idea central (sin las tonterías de los libros de texto)
Un medidor de flujo ultrasónico de trayectorias múltiples mide la velocidad del gas disparando señales ultrasónicas a través de una tubería a través de múltiples trayectorias-o "canales", como les encanta llamarlos a los ingenieros. Cada canal le proporciona una lectura de velocidad en una cuerda diferente de la sección transversal-de la tubería. Se promedian esas lecturas juntas, se ponderan adecuadamente y boom: se obtiene una estimación decente de qué tan rápido se mueve realmente el gas a través de esa tubería.
También existen medidores de un solo-canal. Son más baratos. Son más simples. Pero también están analizando sólo una porción del perfil del flujo, lo que puede resultar engañoso si el flujo no es perfectamente uniforme. Y déjame decirte-el flujo casi nunca es perfectamente uniforme.
Tanto la versión de ruta única como la de múltiples rutas se basan en algo llamado método de tiempo-de-vuelo. Funciona así: tienes dos transductores en lados opuestos de la tubería. Uno envía un pulso ultrasónico aguas abajo (con el flujo), el otro envía uno aguas arriba (contra el flujo). El pulso aguas abajo llega más rápido porque está impulsado por la corriente de gas. El de aguas arriba tarda más porque lo está combatiendo.
Mide ambos tiempos de viaje, calcula la diferencia y de esa diferencia puedes derivar la velocidad. Las matemáticas no son triviales, pero están bien-establecidas. La gente ha estado haciendo esto durante décadas.
¿Por qué múltiples canales?
Aquí es donde se pone interesante-y donde tengo algunas opiniones.
En un medidor de trayectorias múltiples, V representa la velocidad promedio de la superficie medida en cada canal. Básicamente, estás muestreando el perfil de velocidad a diferentes alturas a lo largo del diámetro de la tubería. La fórmula se parece a esto: la velocidad promedio volumétrica es igual a la suma de la velocidad de cada canal multiplicada por su coeficiente de ponderación. Escrito: v=ΣwᵢVᵢ, donde W es el coeficiente de ponderación que depende del algoritmo de integración que el fabricante decida utilizar.
A partir de eso, puede calcular el caudal real: q=A × Σ(WᵢVᵢ), donde A es el área de la sección transversal-de la tubería.
Los distintos esquemas de integración asignan distintos pesos a distintos acordes. La cuadratura gaussiana es popular. También lo es el método Chebyshev. Cada uno tiene compensaciones-. Pero, sinceramente, a menos que usted mismo esté haciendo el diseño de ingeniería, probablemente no necesite preocuparse por cuál es el "mejor". Todos funcionan razonablemente bien.
La pregunta de los seis-canales
Actualmente, los productos de gama alta-más comunes de fabricantes extranjeros ejecutan hasta seis canales. Se podría pensar que más canales equivalen a más precisión. Y, en teoría, sí-más puntos de muestreo deberían brindarle una mejor aproximación del perfil de velocidad real.
Pero la experiencia práctica cuenta una historia diferente.
Una vez que llega a cuatro canales, las ganancias en precisión al agregar más rutas se vuelven marginales. Mientras tanto, los costos de fabricación se disparan. Cada par de transductores adicional necesita una alineación precisa. Cada uno agrega posibles puntos de falla. Cada uno complica la instalación y el mantenimiento.
Entonces, ¿vale la pena un medidor de seis-canales en lugar de uno de cuatro-canales? A veces. Para aplicaciones de transferencia de custodia donde las fracciones de un porcentaje importan, tal vez. ¿Para la mayoría de las aplicaciones industriales? Probablemente no.
La instalación importa más de lo que cree
He visto hermosos seis-medidores de trayectoria instalados en ubicaciones terribles-inmediatamente aguas abajo de los codos, con un flujo arremolinado y perfiles de velocidad asimétricos que hacían que todos esos canales adicionales fueran casi inútiles. El medidor estaba midiendo la basura, y promediar la basura de seis maneras diferentes simplemente te da... bueno-basura promedio.
La guía general dice que usted desea tener al menos ocho diámetros de tubería de recorrido recto aguas arriba y dos diámetros aguas abajo de cualquier perturbación del flujo. Pero eso es una guía, no una garantía. Los patrones de flujo ciclónico, el flujo de tono y la estratificación de temperatura-todos estos pueden afectar sus lecturas de maneras que más canales no pueden compensar por completo.
Algunas configuraciones de medidores utilizan rutas cruzadas (disposiciones de patrones X-) para cancelar ciertas distorsiones del flujo. Inteligente, pero no mágico.
Consideraciones del mundo real-
El número de Reynolds debe ser superior a 4000 para flujo turbulento-lo que normalmente no es un problema en los gasoductos industriales. El flujo laminar es raro. La velocidad del sonido en el gas afecta el tiempo de viaje de la señal, pero los medidores modernos lo manejan automáticamente mediante compensación de temperatura.
Los transductores normalmente se montan en ángulos de 45 grados o más con respecto a la dirección del flujo, aunque el ángulo óptimo depende del diámetro de la tubería, la velocidad del gas y la temperatura. Las temperaturas máximas de funcionamiento suelen limitar los 650 grados F para instalaciones estándar. Las aplicaciones criogénicas son una bestia completamente diferente.
La conclusión
Los medidores de flujo ultrasónicos de trayectoria múltiple son una buena tecnología. No son-intrusivos, no tienen partes móviles, manejan una amplia gama de caudales y pueden lograr una precisión impresionante cuando se instalan y calibran correctamente.
Pero no son infalibles. Más caminos no significan automáticamente mejores resultados. Un medidor de cuatro-canales bien-instalado en buenas condiciones de flujo superará siempre a un medidor de seis-canales instalado en una ubicación problemática.
Comprender los fundamentos-el tiempo-de-la medición de vuelo, la integración de la velocidad y el papel de los coeficientes de ponderación-le ayuda a tomar mejores decisiones sobre cuándo estos medidores tienen sentido y cómo aprovecharlos al máximo.
