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Medição ultrassônica de líquidos


EPOCH XT para medições de nível de líquido

Aplicação:

Medição dos níveis de líquido em um recipiente ou tubo por meio de métodos não invasivos (medição de nível direto), ou a detecção da presença ou ausência de líquido, em um recipiente selado (teste de presença/ausência).

Cenário:

O método mais simples de medição do nível do líquido é através da observação direta usando uma vareta ou uma boia calibrada. No entanto, este método não é apropriado em casos em que o recipiente selado não pode ser aberto, ou se o conteúdo não pode ser exposto ao ar. A medição do nível de líquido por ultrassom, com frequência, é uma boa solução para situações que exigem medições rápidas e automáticas de nível de uma grande quantidade de recipientes que estão passando por um processo de preenchimento. A medição do nível de líquido no ultrassom também é útil para estas áreas específicas:

  • Medição dos níveis de fluidos corrosivos ou reagentes em aplicações de processos químicos em que os recipientes não podem ser abertos por questões de segurança e a natureza do produto químico ou do processo impede a instalação de uma boia medidora interna.
  • Detecção da presença de fluidos permanentes nos tubos, particularmente para investigar se os tubos estão sendo abertos ou cortados durante os procedimentos de manutenção.
  • Verificação dos níveis de fluido da linha de montagem de componentes automotivos, como tanques de combustível, conjunto de transmissão, no cárter do óleo de motor e em diferenciais que precisam de medições não invasivas rápidas e confiáveis. Em alguns casos, os medidores foram utilizados juntamente com um manipulador automatizado para posicionar o transdutor para realizar medições online de recipientes cheios. As saídas dos medidores foram usadas para ativar os pulverizadores de tinta e marcar os recipientes em que o nível de enchimento estava fora da tolerância.
  • Medição de camada flutuante de óleo sobre uma camada de água em um sistema de processamento de petróleo. A princípio, é possível medir uma camada única de líquido em situações em que um líquido com impedância acústica diferente flutua sobre um segundo líquido.

Geralmente, as aplicações de nível de líquido são divididas em duas categorias: aquelas que precisam da medição do nível de líquido atual (profundidade ou altura) e aquelas que precisão detectar a presença ou ausência de líquido em um ponto selecionado. Os dois testes são descritos separadamente nas seções abaixo.

Equipamento (Medições de nível direto):

O nível de líquido, geralmente, é medido usando as técnicas convencionais de pulso-eco dos medidores de espessura, dos medidores de espessura ultrassônicos padrões ou dos detectores de defeito em que variações maiores são exigidas. Os transdutores são selecionados com base nas exigências das aplicações específicas, mas normalmente são de 1 MHz ou 2,25 MHz. Nós recomendamos um destes aparelhos:

  • Medidores de espessura 38DL PLUS® e 45MG com software para elemento único: esses medidores de espessura precisos podem ser configurados para medir o nível do líquido, eles fornecem alarmes de máxima e mínima e armazenamento de dados para registro e documentação, além de possuir tela digital. A variação da medição é geralmente de 125 mm, aproximadamente.
  • Detectores de defeitos EPOCH 650® e EPOCH 6LT: estes detectores de defeitos podem medir longos percussos de líquidos (provavelmente superiores a 1,25 m).

Em qualquer um destes aparelhos a variação e a precisão serão determinadas pelas condições específicas do teste e devem ser cotadas separadamente. Uma precisão de ± 0,1" (± 2,5mm) é possível na maioria dos líquidos.

Procedimento (Medições de nível direto):

O nível de líquido em um recipiente é medido acoplando o transdutor na parte inferior do recipiente juntamente com um acoplante. Um impulso elétrico é transmitido pelo medidor de espessura para que o transdutor gere um pulso sonoro ultrassônico curto que é transmito através da parede do recipiente e do líquido. O pulso atravessa o líquido até alcançar a superfície onde ele é refletido e retorna através do líquido para ser recebido pelo transdutor.

O eco da superfície líquida é precisamente sincronizado a partir de um ponto de tempo zero eletrônico que subtrai o tempo do trajeto através da parede do recipiente. O tempo de trânsito (ida e volta) do pulso é convertido ao nível do líquido através do seguinte cálculo realizado eletronicamente:

h = vt/2

Onde:
h = nível do líquido
v = velocidade do som no líquido
t = tempo de trânsito (ida e volta)

O nível do líquido é mostrado na tela digital. Certos fatores, como os listados abaixo, devem ser considerados para tornar essa técnica de medição efetiva.

1. O tipo e a espessura do material do recipiente: considere primeiramente estes fatores em relação às propriedades do fluido e ao nível da variação. Os recipientes com paredes de aço podem limitar consideravelmente o limite mínimo que pode ser medido devido aos efeitos do anel da parede. Os recipientes de plástico possuem propriedades acústicas similares a de muitos líquidos e, portanto, transferem com eficiência o som do transdutor para o líquido, minimizando o ringdown.
2. As condições da superfície da parede do recipiente: recipientes com superfícies corroídas ou perfuradas podem distorcer a transmissão do pulso sonoro, dificultando ou impossibilitando a medição.
3. A curvatura do recipiente: recipientes com curvas acentuadas podem distorcer o pulso sonoro ou acoplar inadequadamente o transdutor ao recipiente, impedindo a realização de medições confiáveis.
4. As obstruções: o trajeto do som entre a parte inferior do tanque e a parte superior do líquido devem estar livres de obstruções físicas, como defletores ou tubos cheios.
5. As propriedades acústicas do líquido: o grau de atenuação ultrassônico no líquido determina, com frequência, o nível máximo da medição. Normalmente, líquidos muito viscosos ou com altas concentrações de sólidos são mais atenuantes para o ultrassom.
6. Os efeitos da temperatura: alterações de temperatura no líquido causam mudanças na velocidade do som através do líquido. Se a calibração da velocidade do aparelho não foi reajustada para compensar estas alterações de velocidade, a leitura do nível será incorreta.
7. As bolhas de gás: as bolhas de ar ou de outros gases dispersam as ondas sonoras e podem resultar em leituras falsas ou não apresentar nenhuma leitura.
8. O movimento da superfície do líquido: a superfície do líquido deve, normalmente, permanecer sem movimento no recipiente para produzir um eco de superfície legível.
9. A composição do líquido: o líquido deve ter composição homogênea e temperatura constante para obtenção de medições precisas.
10. A acoplação do transdutor à parede do contêiner: o acoplamento adequado do transdutor à parede do recipiente é necessária para que o pulso sonoro seja transmitido do transdutor através da parede do recipiente e do líquido.

Equipamento (Presença/ausência de medição):

Nós recomendamos a utilização do detector de defeitos da série EPOCH®, em que todos os aparelhos da série são adequados para medir a presença/ausência de pulso. O tipo de transdutor utilizado dependerá do tipo do líquido e da extensão da trajetória do som.

Procedimento (Presença/ausência de medição):

Telas de nível de líquido no EPOCH 650A configuração específica do teste depende da aplicação. Em geral, nós recomendamos um teste simples de pulso-eco quando a aplicação envolve um recipiente ou tubo em que a geometria permite a transmissão de um pulso ultrassônico através de uma coluna de líquido e a recepção de um eco da parede distante. A ausência ou presença podem ser identificadas por intermédio dos alarmes visual ou sonoro. No modo pulso eco, o sinal do transdutor é acoplado na parede do recipiente. Se o líquido estiver presente no ponto de medição, a porção da energia sonora atravessará o líquido e refletirá na parede oposta do recipiente, voltando através do líquido e através da parede do recipiente no transdutor. Se nenhum líquido estiver presente, não haverá eco da parede traseira, mesmo que alguns ecos sejam gerados pela parede do recipiente que está em contato com o transdutor. Normalmente, para estes testes, são usados transdutores de contato de baixa frequência. Na figura abaixo, um transdutor de contato de 2,25 MHz está acoplado a uma parede do tanque de aço de aproximadamente 45 mm de largura. Os ecos do lado esquerdo da tela representam várias reverberações na parede do tanque e nenhum eco é representado dentro da porta vermelha.

Ao configurar uma porta no momento em que o eco da parede distante esperado é detectado, o operador pode monitorar o estado do líquido. Se o líquido estiver presente, existirá um eco detectado dentro da porta, como mostrado na figura da direita.

Tela de nível de líquido no EPOCH 650 Em certas situações, o método pulso-eco não pode ser usado. Quando não exite nenhuma trajetória de som evidente entre a parede dianteira e a parede traseira, o monitoramento do líquido dependerá do método ringdown. Para isto é preciso uma superfície limpa e macia para garantir o acoplamento uniforme do transdutor. Neste método o aparelho identifica as alterações nos ecos da parede onde o transdutor está acoplado. O efeito é como o som do sino, suspenso no ar em um caso e imerso no líquido no outro. O líquido amortecerá a energia sonora mais rapidamente que o ar. De modo semelhante, o instrumento "escuta" o tipo de eco e traça um padrão que pode ser usado pelo operador para determinar a presença ou a ausência de um líquido em determinado ponto.

Este tipo de teste, normalmente, é realizado com um transdutor de linha de atraso. As figuras abaixo descrevem um teste típico de ringdown em tanque de aço realizado com um transdutor de linha de atraso V206-RB de 5 MHz. A parte superior da forma de onda representa o padrão de ringdown do eco da parede traseira do líquido. A função DAC foi utilizada para traçar o envelope do eco. A parte inferior da forma de onda exibe a recepção de ecos maiores da parede traseira do ar, onde o efeito de amortecimento do líquido na superfície interna não é mais um problema. Ao mover o transdutor para cima e para baixo na lateral do tanque e procurar o ponto de transição entre esses dois padrões, o operador pode identificar o ponto representado na parte superior do líquido contido internamente.

Tela de teste de ringdown
Tela de teste de ringdown
Olympus IMS
ProductsUsedApplications

O detector de defeitos portátil por ultrassom, EPOCH 6LT, é otimizado para operação com uma mão e fornece excelente performance para aplicações para acesso por corda e de alta portabilidade. Leve e com design ergonômico, o aparelho se encaixa de forma segura à mão do usuário ou pode ser fixado à perna para aplicações de acesso por corda.
O EPOCH 650 é um detector de defeitos por ultrassom convencional com uma excelente performance de inspeção e pode ser utilizado em uma ampla variedade de aplicações. Este aparelho robusto e intuitivo é a extensão do popular detector de defeitos EPOCH 600, mas com mais recursos.
O 45 MG é um medidor de espessura por ultrassom portátil com vários recursos para medição e várias opções de software. Este instrumento exclusivo é compatível com toda a linha de transdutores de elemento simples e duplo, fazendo dele um inovador instrumento tudo em um para quase todas as aplicações de medição de espessura.
O 38DL PLUS é um medidor de espessura por ultrassom avançado. Ele utiliza um transdutor de elemento duplo à inspeção de corrosão interna e inclui THRU-COAT e Echo-to-echo. Os transdutores de elemento simples são utilizados à medição precisa de espessuras de materiais finos, espessos ou multicamadas.
O EPOCH 1000 é um detector de defeitos avançado que usa a tecnologia de ultrassom convencional, a qual pode ser otimizada com a adição de imagens de Phased Array em um centro de serviço autorizado da Olympus. Algumas características: Em conformidade com a norma EN12668-1, 37 filtros digitais e frequência de repetição de impulsos de 6 kHz às inspeções de alta velocidade.
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