Come evitare l'impatto negativo delle bolle d'aria sulla misurazione del contatore dell'acqua a ultrasuoni durante l'installazione

Contatori d'acqua ad ultrasuoni misurare la portata in base alla differenza nel tempo di propagazione delle onde sonore in un fluido. Offrono un'elevata precisione di misurazione e sono esenti da usura, il che li rende ampiamente utilizzati nella gestione intelligente dell'acqua e negli accordi commerciali. Tuttavia, le bolle d'aria o le cavità nelle reti di tubazioni rappresentano un rischio significativo per la stabilità e la precisione di misurazione dei contatori d'acqua a ultrasuoni. A causa della significativa differenza nell'impedenza acustica tra gas e liquido, la presenza di bolle d'aria può interferire gravemente con la propagazione del segnale ultrasonico, portando a distorsioni della misurazione. Pertanto, l’installazione professionale e la progettazione del sistema sono fondamentali per ridurre al minimo l’impatto negativo delle bolle d’aria.

L'impatto essenziale delle bolle d'aria sui segnali ultrasonici

Il principio di funzionamento dei contatori d'acqua a ultrasuoni, sia che utilizzino il metodo del tempo di transito che quello Doppler, si basa sulla propagazione stabile delle onde ultrasoniche nell'acqua.

Attenuazione e interruzione del segnale: le bolle d'aria sono un forte attenuatore delle onde sonore. Quando un raggio ultrasonico si propaga attraverso un tubo, incontra bolle d'aria, causando forti riflessioni e dispersioni, con conseguente forte calo della potenza del segnale ricevuto o addirittura un'interruzione completa, un fenomeno noto come "perdita di impulso". Ciò impedisce al convertitore elettronico di misurare con precisione la differenza del tempo di propagazione tra i flussi a monte e a valle, portando direttamente ad errori di misurazione.

Distorsione del campo di velocità: un gran numero di bolle può alterare le proprietà fisiche del fluido nel tubo, creando flussi rallentati o stratificati, che distorcono gravemente il profilo di velocità. I contatori d'acqua a ultrasuoni, in particolare quelli a percorso singolo, devono presupporre che il tubo sia completamente riempito e che lo schema del flusso sia uniforme. Questa distorsione nel profilo di velocità invalida il fattore di correzione integrato, portando a errori sistematici.

Incertezza della misurazione: per i misuratori del tempo di transito, la natura casuale delle bolle introduce ulteriore rumore e incertezza, manifestandosi come ampie fluttuazioni nelle letture istantanee del flusso e creando potenzialmente anche l'illusione del "riflusso".

Selezione del sito di installazione: la strategia fondamentale per evitare l'accumulo di bolle

Il modo più efficace per evitare l'interferenza delle bolle è impedire l'accumulo di gas nel tubo di misurazione alla fonte. Ciò richiede il rigoroso rispetto delle specifiche di installazione professionale per la meccanica dei fluidi e il dosaggio a ultrasuoni.

1. Dare priorità ai tubi a basso livello o con flusso verso l'alto

In una rete di tubazioni, le bolle tendono a spostarsi verso l'alto a causa della galleggiabilità e ad accumularsi nei punti più alti del tubo.

Evitare l'installazione nel punto più alto: i contatori dell'acqua a ultrasuoni non dovrebbero mai essere installati nel punto più alto di una tubazione. I punti più alti sono i punti in cui è più probabile che si formino sacche d'aria, dove le bolle possono persistere per periodi prolungati, creando una cavità che attraversa la sezione trasversale del tubo e incide seriamente sulla misurazione.

Si consiglia un tubo a flusso totale verso l'alto: la posizione di installazione ideale è un punto basso o una sezione del tubo che scorre verticalmente verso l'alto. Nelle sezioni che scorrono verticalmente verso l'alto, l'acqua scorre attraverso l'intero tubo, consentendo alle bolle di essere rapidamente spostate verso l'alto con la corrente e con meno probabilità di accumularsi vicino al trasduttore.

2. Requisiti del tratto di tubo diritto e configurazione del raddrizzatore

Sebbene i tratti rettilinei dei tubi siano utilizzati principalmente per garantire una distribuzione uniforme della velocità del flusso, hanno anche un effetto positivo sulla dispersione delle bolle.

Lunghezze di tubi diritti sufficienti: è necessario mantenere lunghezze di tubi diritti sufficienti a monte e a valle del contatore dell'acqua a ultrasuoni (generalmente, si consiglia di soddisfare i requisiti "10D" e "5D", dove D rappresenta il diametro del tubo). Ciò aiuta a stabilizzare il modello del flusso e a ridurre i vortici, che possono causare l'estrazione o l'aspirazione di bolle nell'acqua.

Condizionatore di flusso a monte: in layout di tubazioni complessi, prendere in considerazione l'installazione di un condizionatore di flusso specializzato a monte del contatore dell'acqua a ultrasuoni. Sebbene un condizionatore di flusso elimini principalmente la distorsione della velocità del flusso, alcuni progetti possono anche aiutare a rompere le bolle di grandi dimensioni, facendole passare attraverso l'area di misurazione in dimensioni più piccole, trasportate più facilmente dal flusso d'acqua.

Misure di supporto del sistema e ottimizzazione della progettazione

Oltre alla scelta della posizione, anche la progettazione a livello di sistema e le apparecchiature di supporto sono fondamentali per garantire il funzionamento del contatore dell'acqua a ultrasuoni senza bolle.

1. Installare una valvola di sfiato dell'aria

Una valvola automatica affidabile di sfogo aria deve essere installata in un punto alto della tubazione a monte o vicino al contatore dell'acqua a ultrasuoni.

Funzione: La valvola di sfiato rimuove in modo continuo ed efficace l'aria libera dalla rete di tubazioni. Ciò è particolarmente vero durante il riempimento dell'acqua, la chiusura e il riflusso dell'acqua o le fluttuazioni di pressione. Grandi quantità di aria intrappolata possono essere rimosse rapidamente solo attraverso la valvola di sfiato, garantendo che la tubazione davanti al misuratore di portata rimanga piena.

2. Procedure di riempimento e sfiato

Procedure rigorose di riempimento e sfiato sono fondamentali durante l'installazione e la messa in servizio dei contatori d'acqua a ultrasuoni.

Riempimento lento: quando la rete di tubazioni viene ripristinata alla fornitura idrica, l'acqua deve essere riempita lentamente per evitare un flusso rapido dell'acqua che potrebbe trascinare grandi quantità di aria, formando sacche d'aria e prevenendo colpi d'ariete.

Sfiato completo: prima della messa in servizio, il tubo deve essere completamente sfiatato aprendo la valvola di sfiato o la valvola all'estremità del tubo fino a quando il deflusso è stabile e privo di bolle.

3. Differenze di applicabilità tra i metodi del tempo di transito e quelli Doppler

Diverse tecnologie ad ultrasuoni hanno sensibilità diverse alle bolle.

Tempo di transito: questo metodo è estremamente sensibile alle bolle e mira a misurare liquidi puliti. Eventuali bolle sono considerate rumore o interferenza e devono essere rigorosamente evitate utilizzando i metodi sopra indicati.

La misurazione del flusso Doppler si basa sul segnale riflesso da particelle o bolle nel fluido per misurare la velocità del flusso. Pertanto, una quantità moderata di bolle è essenziale per il suo funzionamento, ma anche concentrazioni eccessive o insufficienti di bolle possono causare errori. Nel settore della misurazione dell'acqua, il metodo del tempo di transito è comunemente utilizzato per la misurazione dell'acqua pulita grazie alla sua elevata precisione.