Cómo evitar el impacto negativo de las burbujas de aire en la medición ultrasónica del contador de agua durante la instalación

Contadores de agua ultrasónicos medir el caudal basándose en la diferencia en el tiempo de propagación de las ondas sonoras en un fluido. Ofrecen una alta precisión de medición y no sufren desgaste, lo que los hace ampliamente utilizados en la gestión inteligente del agua y en los acuerdos comerciales. Sin embargo, las burbujas de aire o las cavidades en las redes de tuberías suponen un riesgo importante para la estabilidad y la precisión de las mediciones de los contadores de agua ultrasónicos. Debido a la importante diferencia en la impedancia acústica entre el gas y el líquido, la presencia de burbujas de aire puede interferir gravemente con la propagación de la señal ultrasónica, provocando distorsiones en las mediciones. Por lo tanto, la instalación y el diseño del sistema profesionales son clave para minimizar el impacto negativo de las burbujas de aire.

El impacto esencial de las burbujas de aire en las señales ultrasónicas

Los principios operativos de los medidores de agua ultrasónicos, ya sea que utilicen el método de tiempo de tránsito o Doppler, se basan en la propagación estable de ondas ultrasónicas en el agua.

Atenuación e interrupción de la señal: las burbujas de aire son un fuerte atenuador de las ondas sonoras. Cuando un haz ultrasónico se propaga a través de una tubería, encuentra burbujas de aire, lo que provoca una fuerte reflexión y dispersión, lo que resulta en una fuerte caída en la intensidad de la señal recibida o incluso una interrupción completa, un fenómeno conocido como "pérdida de pulso". Esto evita que el convertidor electrónico mida con precisión la diferencia de tiempo de propagación entre los flujos aguas arriba y aguas abajo, lo que conduce directamente a errores de medición.

Distorsión del campo de velocidad: una gran cantidad de burbujas pueden alterar las propiedades físicas del fluido en la tubería, creando flujo estratificado o hundimiento, lo que distorsiona gravemente el perfil de velocidad. Los medidores de agua ultrasónicos, particularmente los diseños de vía única, deben asumir que la tubería está completamente llena y el patrón de flujo es uniforme. Esta distorsión en el perfil de velocidad invalida el factor de corrección incorporado, lo que lleva a errores sistemáticos.

Incertidumbre en la medición: para los medidores de tiempo de tránsito, la naturaleza aleatoria de las burbujas introduce ruido e incertidumbre adicionales, que se manifiestan como grandes fluctuaciones en las lecturas de flujo instantáneo y potencialmente incluso crean la ilusión de "reflujo".

Selección del sitio de instalación: la estrategia fundamental para evitar la acumulación de burbujas

La forma más eficaz de evitar la interferencia de burbujas es evitar la acumulación de gas en el tubo de medición en su origen. Esto requiere un estricto cumplimiento de las especificaciones de instalación profesionales para mecánica de fluidos y medición ultrasónica.

1. Priorizar las tuberías de bajo nivel o de flujo ascendente

En un sistema de red de tuberías, las burbujas tienden a moverse hacia arriba debido a la flotabilidad y se acumulan en los puntos altos de la tubería.

Evite la instalación en puntos altos: los medidores de agua ultrasónicos nunca deben instalarse en el punto más alto de una tubería. Los puntos altos son donde es más probable que se formen bolsas de aire, donde las burbujas pueden permanecer durante períodos prolongados, creando una cavidad que se extiende por la sección transversal de la tubería y afecta seriamente la medición.

Se recomienda una tubería ascendente de flujo total: la ubicación de instalación ideal es un punto bajo o una sección de la tubería que fluya verticalmente hacia arriba. En las secciones que fluyen verticalmente hacia arriba, el agua fluye a través de la tubería llena, lo que permite que las burbujas se desplacen rápidamente hacia arriba con la corriente y sea menos probable que se acumulen cerca del transductor.

2. Requisitos del tramo de tubería recta y configuración del rectificador

Si bien los tramos de tubería rectos se utilizan principalmente para garantizar una distribución uniforme de la velocidad del flujo, también tienen un efecto positivo en la dispersión de burbujas.

Longitudes de tubería rectas suficientes: Se deben mantener longitudes de tubería rectas suficientes aguas arriba y aguas abajo del medidor de agua ultrasónico (generalmente, se recomienda cumplir con los requisitos "10D" y "5D", donde D representa el diámetro de la tubería). Esto ayuda a estabilizar el patrón de flujo y reducir los vórtices, que pueden provocar que se extraigan o introduzcan burbujas en el agua.

Acondicionador de flujo aguas arriba: en diseños de tuberías complejos, considere instalar un acondicionador de flujo especializado aguas arriba del medidor de agua ultrasónico. Si bien un acondicionador de flujo elimina principalmente la distorsión de la velocidad del flujo, algunos diseños también pueden ayudar a romper burbujas grandes, haciendo que pasen a través del área de medición en formas más pequeñas y más fáciles de transportar por el flujo de agua.

Medidas de optimización del diseño y soporte del sistema

Además de la selección de la ubicación, el diseño a nivel del sistema y el equipo de soporte también son clave para garantizar el funcionamiento del medidor de agua ultrasónico sin burbujas.

1. Instale una válvula de ventilación de aire

Se debe instalar una válvula de ventilación automática confiable en un punto alto de la tubería aguas arriba o cerca del medidor de agua ultrasónico.

Función: La válvula de ventilación elimina de forma continua y eficaz el aire libre de la red de tuberías. Esto es especialmente cierto durante el llenado de agua, el cierre y reflujo del agua o las fluctuaciones de presión. Grandes cantidades de aire atrapado solo se pueden eliminar rápidamente a través de la válvula de ventilación, lo que garantiza que la tubería delante del caudalímetro permanezca llena.

2. Procedimientos de llenado y ventilación

Los procedimientos estrictos de llenado y ventilación son cruciales durante la instalación y puesta en servicio de medidores de agua ultrasónicos.

Llenado lento: Cuando la red de tuberías se restablece al suministro de agua, el agua debe llenarse lentamente para evitar un flujo rápido de agua que podría arrastrar grandes cantidades de aire, formando bolsas de aire y evitando golpes de ariete.

Ventilación completa: antes de la puesta en servicio, la tubería debe ventilarse completamente abriendo la válvula de ventilación o la válvula al final de la tubería hasta que el flujo de salida sea estable y libre de burbujas.

3. Diferencias en la aplicabilidad entre los métodos de tiempo de tránsito y Doppler

Las diferentes tecnologías ultrasónicas tienen diferentes sensibilidades a las burbujas.

Tiempo de tránsito: este método es extremadamente sensible a las burbujas y tiene como objetivo medir líquidos limpios. Cualquier burbuja se considera ruido o interferencia y debe evitarse estrictamente utilizando los métodos anteriores.

La medición del flujo Doppler se basa en la señal reflejada de partículas o burbujas en el fluido para medir la velocidad del flujo. Por tanto, una cantidad moderada de burbujas es fundamental para su funcionamiento, pero concentraciones excesivas o insuficientes de burbujas también pueden provocar errores. En la industria de medición de agua, el método del tiempo de tránsito se usa comúnmente para medir agua limpia debido a su alta precisión.