BRPI0818423B1 - Sistema e método para detectar o acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico, e, mídia legível por computador - Google Patents

Abstract

sistema e método para detectar o acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico, e, mídia legível por computador são apresentados métodos e sistemas para detectar o acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico. pelo menos alguns dos modos de realização ilustrativos são medidores de fluxo ultrassônicos compreendendo uma peça em carretel configurada para se acoplar dentro de um fluxo de fluido, um primeiro par de transdutores montado mecanicamente na peça em carretel e configurado para se acoplar fluidicamente ao fluxo de fluido (em que o primeiro par de transdutores compreende um transdutor a montante e um transdutor a jusante em relação operacional com o transdutor a montante e definindo uma primeira corda entre os mesmos), e componentes eletrônicos acoplados eletricamente ao primeiro par de transdutores. os componentes eletrônicos configurados para detectar o acúmulo de depósito sobre uma superfície interna do medidor de fluxo ultrassônico.

Description

“SISTEMA E MÉTODO PARA DETECTAR O ACÚMULO DE DEPÓSITO DENTRO DE UM MEDIDOR DE FLUXO ULTRASSÔNICO, E, MÍDIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR” FUNDAMENTOS

[001] Após os hidrocarbonetos terem sido retirados do solo, a corrente de fluido (como óleo cru ou gás natural) é transportada de um lugar para outro * através de tubulações. E desejável conhecer com exatidão a quantidade de fluido escoando na corrente e, precisão particular, é exigida quando o líquido está mudando de mãos, ou em "transferência de responsabilidade". Entretanto, mesmo nos casos em que não esteja ocorrendo a transferência de responsabilidade, a precisão da medição é desejável.

[002] Medidores de fluxo ultrassônicos podem ser utilizado em situações como a transferência de responsabilidade. Em um medidor de fluxo ultrassônico, sinais acústicos são enviados para frente e para trás através da corrente de fluido a ser medida, entre um ou mais pares de transdutores. Cada par de transdutores é posicionado dentro do corpo medidor, ou carretei, de modo que um sinal acústico se deslocando de um transdutor para o outro intercepte o fluido escoando através do medidor a um ângulo. Os componentes eletrônicos dentro do medidor medem a diferença entre o tempo de trânsito requerido para um sinal acústico se deslocar de um transdutor a jusante para o transdutor a montante, e o tempo de trânsito requerido para um sinal acústico se deslocar do transdutor a montante para o transdutor a jusante. A diferença entre os tempos de trânsito é usada, então, para calcular a velocidade média e a vazão volumétrica do fluido passando através do medidor.

[003] Durante a operação de um medidor de fluxo ultrassônico em uma tubulação, podem se formar depósitos sobre as superfícies internas do medidor. Por exemplo, medidores de fluxo líquido ultrassônicos podem ser usados para medir óleos crus que, frequentemente, contêm ceras. Ao longo do tempo, depósitos de cera se formam sobre as superfícies internas do medidor. O acúmulo de depósito pode provocar imprecisões nos tempos de trânsito medidos para os sinais acústicos e reduzir a área de fluxo da efetiva da seção transversal do medidor, sendo que ambos criam erro na vazão volumétrica computada através do medidor.

SUMÁRIO

[004] Os problemas apontados acima são corrigidos, pelo menos em parte, através de um método e sistema para detectar o acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico. Pelo menos alguns dos modos de realização ilustrativos são sistemas compreendendo um medidor de fluxo ultrassônico e componentes eletrônicos. O medidor de fluxo ultrassônico compreende um carretei configurado para se acoplar dentro de um fluxo de fluido, um primeiro par de transdutores montado mecanicamente no carretei e configurado para se acoplar fluidicamente ao fluxo de fluido, e componentes eletrônicos acoplados eletricamente ao primeiro par de transdutores. O primeiro par de transdutores compreende um transdutor a montante e um transdutor a jusante em relação operacional com o transdutor a montante, e define uma primeira corda entre os mesmos. Os componentes eletrônicos são configurados para determinar dados de diagnóstico baseados nos sinais acústicos transmitidos entre o primeiro par de transdutores, incluindo uma velocidade de som através do fluido. Além disso, os componentes eletrônicos são configurados para detectar o acúmulo de depósito sobre uma superfície interna do carretei baseada em uma tendência da velocidade do som através do fluido.

[005] Outros modos de realização ilustrativos são os métodos compreendendo a determinação dos dados de diagnóstico baseados em sinais acústicos transmitidos entre um par de transdutores de um medidor de fluxo ultrassônico, incluindo uma velocidade de som através de um fluido escoando através do medidor de fluxo ultrassônico. Estes métodos incluem, adicionalmente, analisar a tendência da velocidade do som através do fluido em relação ao tempo, e detectar a espessura do depósito sobre uma superfície interna do medidor de fluxo ultrassônico, usando a tendência da velocidade do som através do fluido.

[006] Ainda outros modos de realização ilustrativos são mídias legíveis por computador compreendendo uma pluralidade de instruções que, quando executadas por um processador, fazem com que o processador forme o depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico usando uma tendência dos dados de diagnóstico baseados em sinais acústicos transmitidos entre um par de transdutores, os dados de diagnóstico compreendendo uma velocidade de som através de um fluido escoando através do medidor de fluxo ultrassônico.

[007] Os sistemas e métodos apresentados compreendem uma combinação de características e vantagens que superam as deficiências da técnica anterior. As várias características descritas acima, bem como outros recursos, serão prontamente aparentes àqueles experientes na técnica, da leitura da descrição detalhada a seguir, e pela referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Para uma descrição detalhada dos vários modos de realização, será feita agora referência aos desenhos anexos, nos quais: a FIG. 1 ilustra uma vista em corte de topo de um medidor de fluxo ultrassônico; a FIG. 2 ilustra uma vista terminal de um medidor de fluxo ultrassônico de acordo com pelo menos alguns dos modos de realização, compreendendo um carretei e trajetos de cordas A-D; a FIG. 3 ilustra uma vista de topo de um medidor de fluxo ultrassônico, de acordo com pelo menos alguns modos de realização, compreendendo um carretei alojando vários pares de transdutores; a FIG. 4 mostra um modo de realização ilustrativo do método para detectar o acúmulo de depósito; as FIGs. 5A e 5B mostram esquematicamente vistas em seção transversal radial e axial de um medidor de fluxo ultrassônico com o acúmulo de depósitos e a FIG. 6 mostra um modo de realização ilustrativo do método para quantificar o acúmulo de depósito e corrigir a vazão volumétrica responsável pelo acúmulo do depósito.

NOTAÇÃO E NOMENCLATURA

[009] Determinados termos são usados por toda a descrição e reivindicações a seguir, para se referir a componentes particulares do sistema. Este documento não tem a intenção de distinguir entre os componentes que diferem no nome, mas não na função.

[0010] Na explicação e nas reivindicações a seguir, os termos "compreende" e "compreender" são utilizados de modo não limitado e, portanto, devem ser interpretados como significando "incluindo, mas não limitado a...". Igualmente, os termos "acoplar" ou "acopla" pretendem significar tanto uma conexão direta, quanto uma indireta. Desse modo, se um primeiro dispositivo se acopla a um segundo dispositivo, esta conexão pode ser através de uma conexão direta ou indireta, via outros dispositivos e conexões.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0011] A FIG1 ilustra um medidor de fluxo ultrassônico apropriado para medir fluxo de fluidos, como líquidos ou gases, de acordo com pelo menos alguns modos de realização. O carretei 100, apropriado para colocação entre seções de uma tubulação, tem um tamanho predeterminado e define uma seção de medição. Um par de transdutores 120 e 130, e seus respectivos alojamentos 125 e 135, são localizados ao longo do comprimento do carretei 100. Os transdutores 120 e 130 são transceptores ultrassônicos, significando que tanto geram, quanto recebem sinais ultrassônicos. "Ultrassônico", neste contexto, refere-se a sinais acústicos, em alguns modos de realização, tendo frequências acima de, aproximadamente, 20kHz. Em alguns modos de realização, os sinais ultrassônicos podem ter uma frequência de, aproximadamente, 125kHz (para medidores de gás), e de 1 MHz (para medidores de líquidos).

[0012] Independentemente da frequência, os sinais acústicos podem ser gerados e recebidos por um elemento piezelétrico em cada transdutor. Para gerar um sinal ultrassônico, o elemento piezelétrico é estimulado eletricamente e responde com vibração. A vibração do elemento piezelétrico gera um sinal ultrassônico que se desloca pelo carretei 100 através do fluido para transdutor correspondente do par de transdutores. Ao ser atingido por um sinal ultrassônico, o elemento piezelétrico receptor vibra e gera um sinal elétrico que é detectado, digitalizado e analisado pelos componentes eletrônicos associados ao medidor.

[0013] Um trajeto 110, por vezes referido como uma "corda", existe entre os transdutores 120 e 130, a um ângulo Θ em relação a uma linha central 105. O comprimento da "corda" 110 é a distância entre a face do transdutor 120 para a face do transdutor 130. Os pontos 140 e 145 definem os locais em que os sinais acústicos gerados pelos transdutores 120 e 130 entram e saem do fluido escoando através do carretei 100. A posição dos transdutores 120 e 130 pode ser definida pelo ângulo Θ, por um primeiro comprimento L, medido entre os transdutores 120 e 130, um segundo comprimento X, correspondendo à distância axial entre os pontos 140 e 145, e um terceiro comprimento D, correspondendo ao diâmetro do tubo ou carretei. Na maioria dos casos, as distâncias D, X e L são determinadas precisamente durante a fabricação do medidor. Além disso, transdutores, como o 120 e o 130, são normalmente colocados a uma distância específica dos pontos 140 e 145, respectivamente, independentemente do tamanho do medidor (ou seja, do diâmetro do carretei).

[0014] Inicialmente, um transdutor a jusante 120 gera um sinal ultrassônico que se propaga e atinge o transdutor a montante 130. Algum tempo depois, o transdutor a montante 130 gera um sinal ultrassônico de retomo que se propaga e atinge o transdutor a jusante 120. Desse modo, os transdutores 120 e 130 executam "lançamento e captura", com sinais ultrassônicos 115 ao longo do trajeto de corda 110. Durante a operação, esta sequência pode ocorrer milhares de vezes por minuto para cada par de transdutores.

[0015] Um fluido escoa no carretei 100 em uma direção 150 com um perfil de velocidade 152. Vetores de velocidade 153-158 ilustram que a velocidade através do carretei 100 aumenta em direção à linha central 105. O tempo de trânsito do sinal ultrassônico 115 entre os transdutores 120 e 130 depende, em parte, se o sinal ultrassônico 115 está se deslocando a montante ou a jusante, em relação ao fluxo de fluido. Um tempo de trânsito para um sinal ultrassônico 115 se deslocando a jusante (ou seja, na mesma direção que o fluxo) é menor do que o tempo de trânsito quando se desloca a montante, (ou seja, contra o fluxo). Os tempos de trânsito a montante e a jusante podem ser usados para calcular a velocidade média ao longo do trajeto de corda 110, e também podem ser usados para calcular a velocidade do som no fluido. Dadas as medições das seções transversais do medidor portando o fluido e a velocidade média, o volume de fluido escoando através do carretei 100 pode ser calculado.

[0016] Para determinar mais precisamente a velocidade média ao longo da seção transversal do medidor, os medidores de fluxo ultrassônicos compreendem uma pluralidade de trajetos. A FIG. 2 ilustra um medidor de fluxo ultrassônico multi- trajeto. Nesses modos de realização, o carretei 100 compreende um trajeto de corda A 225, um trajeto de corda B 230, um trajeto de corda C 235, e um trajeto de cordas D 240, em diferentes níveis, através do fluxo de fluido. Em modos de realização alternativos, o medidor de fluxo de múltiplos trajetos pode compreender um número diferente de trajetos de cordas. Cada trajeto de cordas A-D corresponde a dois transdutores se comportando altemadamente como um transmissor e um receptor. Igualmente são mostrados componentes eletrônicos de controle 160, que adquirem e processam os dados dos quatro trajetos de cordas A-D. Ocultos da vista, na FIG. 2, temos os quatro pares de transdutores que correspondem aos trajetos de cordas A-D.

[0017] O arranjo dos quatro pares de transdutores pode ser mais facilmente entendido pela referência à FIG. 3. Quatro pares de portas de transdutor são montadas sobre o carretei 100. Cada par de portas de transdutor corresponde a um único trajeto de corda 110, da FIG. 2. O carretei 100 tem, montado sobre o mesmo, um primeiro par de portas de transdutor 125 e 135, bem como os transdutores associados. Outro par de portas de transdutor, compreendendo as portas 165 e 175 (apenas parcialmente vistas), bem como os transdutores associados, é montado de modo que seu trajeto de corda forme livremente um "X" em relação ao trajeto de cordas 110 das portas de transdutor 125 e 135. Da mesma forma, as portas de transdutor 185 e 195 são colocadas paralelas às portas de transdutor 165 e 175, mas a um “nível” diferente (ou seja, em uma posição radial diferente no tubo ou carretei). Não mostrado explicitamente na FIG. 3, temos um quarto par de transdutores e portas de transdutor.

[0018] Considerando conjuntamente as FIGs. 2 e 3, os pares de transdutores são arranjados de modo que os dois pares de transdutores superiores, correspondendo às cordas A e B, formem um "X", e os dois pares de transdutores inferiores, correspondendo às cordas C e D, também formem um "X". Com base nos tempos de trânsito, a vazão do fluido pode ser determinada em cada corda A-D para se obter as vazões das cordas, e as vazões das cordas podem ser combinadas para se determinar uma vazão média ao longo de todo o tubo ou carretei 100. A vazão volumétrica através do carretei 100 pode, então, ser determinada como o produto da velocidade média do fluxo e a área da seção transversal do carretei medidor 100.

[0019] As velocidades de fluxo das cordas são baseadas em um lote de tempos de trânsito recebidos dos quatro pares de transdutores. Para uma corda i, o lote de tempos de trânsito constitui um lote de uma diferença ΔΤι, no tempo de trânsito, entre um tempo de trânsito a montante T14 e um tempo de trânsito a jusante T2,i gerada, substancialmente, pela seguinte equação: [0020] Um lote de 20 valores da ΔΤι pode ser usado para determinar um valor médio de ATi. Em modos de realização alternativos, um número diferente de valores de ΔΤι pode ser utilizado.

[0021] Baseado no valor médio de ΔΤι, uma velocidade de fluxo de corda média Vi pode ser determinada conforme definido, substancialmente, pela seguinte equação: em que i é indicativo da corda particular, Vi é a velocidade de fluxo da corda que está sendo determinada (ou seja, Va, Vb, Vc, ou Vd, correspondendo às cordas A-D, respectivamente), Li é a distância, ou comprimento da corda, entre os transdutores eXjéa distância axial no fluxo. Além disso, baseado nas velocidades médias das cordas Vi, uma velocidade de fluxo média V, do fluxo de fluidos através do tubo ou carretei medidor 100 pode ser determinada, substancialmente, pela seguinte equação: em que Wi é um fator de ponderação dependente da corda para corda i.

[0022] Usando a velocidade de fluxo média V, a velocidade de fluxo volumétrica Q, através do carretei medidor 100, pode ser determinada por: em que Ac é a área de fluxo da seção transversal do carretei medidor 100. A área de fluxo da seção transversal Ac pode ser determinada por: em que D é o diâmetro interno do carretei medidor 100 e é normalmente medido quando o carretei 100 é inicialmente fabricado.

[0023] Durante a operação do medidor de fluxo ultrassônico, os componentes eletrônicos associados ao medidor executam uma série de funções que podem incluir, provocar um disparo do transdutor, receber a saída de um ou mais transdutores, e computar a velocidade média da corda Vi, para cada corda, a velocidade de fluxo média V e a vazão volumétrica Q através do medidor. Os parâmetros calculados pelos componentes eletrônicos podem, então, ser transmitidos para o dispositivo(s) eletrônico externo ao medidor, como um sistema de Controle de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA), e podem ser usados como entrada para computações posteriores. Altemativamente, todos as computações podem ser executadas pelos componentes eletrônicos associados ao medidor, ou por componentes eletrônicos distantes do medidor. v [0024] A medida que o fluido passa através da carretei medidor, depósitos podem começar a se formar sobre suas superfícies internas. Com o passar do tempo, o acúmulo de depósito pode provocar erros na velocidade média da corda computada Vi, uma função dos tempos de trânsito medidos Ti;í,; T2;i, da área de fluxo da seção transversal Ac do medidor e, por conseguinte, na vazão volumétrica computada Q, através do medidor. À medida que os depósitos se formam, um sinal acústico disparado por um transdutor deve passar através do material do depósito antes de ser recebido por outro transdutor. Desse modo, os tempos de trânsito medidos T14, T24 são afetados pelo acúmulo do depósito, criando um erro na velocidade média da corda computada Vj. Além disso, o acúmulo do depósito reduz a área efetiva da seção transversal Ac do medidor. Ambos os erros criam um erro na computação da vazão volumétrica Q, através do medidor.

[0025] A impossibilidade de detectar e quantificar o acúmulo de depósito sobre as superfícies internas de um medidor de fluxo ultrassônico exige a manutenção do medidor a intervalos regulares. Isto, fequentemente, leva a operações de manutenção consumidoras de tempo e dispendiosamente desnecessárias. Além disso, na técnica relacionada, não há nenhuma maneira confiável para se ajustar a vazão volumétrica computada, de modo a considerar o acúmulo de depósito entre os procedimentos de manutenção. A presente invenção é direcionada para métodos e sistemas para detectar e quantificar o acúmulo de depósito em medidores de fluxo ultrassônicos. Os métodos e sistemas apresentados provêm dados de diagnóstico, tanto medidos, quanto computados, que permitem que a manutenção reduza o acúmulo de depósito, quando necessário, ao invés de numa programação fixa. No caso dos procedimentos de manutenção não serem executados imediatamente, os métodos e sistemas apresentados também permitem que a vazão volumétrica computada seja corrigida para levar em consideração o acúmulo do depósito.

[0026] De acordo com alguns modos de realização, erros nos tempos de trânsito Ti;i, T2;i, e, por conseguinte, o acúmulo de depósito, podem ser detectados usando uma função η (Eta). Os fundamentos e a derivação do indicador de erro η estão apresentados na patente US 6.816.808, aqui incorporada pela referência. Para duas cordas A e B tendo comprimentos de cordas substancialmente diferentes LA e LB, respectivamente, o indicador de erro ηΑΒ é expresso por: em que cA é a velocidade do som computada através do fluido ao longo da corda A, e cB é a velocidade do som computada através do fluido ao longo da corda B. Expressões similares, podem ser escritas para outros pares de cordas tendo comprimentos substancialmente diferentes, como para as cordas B e D, cordas C e A, e cordas C e D, da FIG. 2.

[0027] A velocidade do som cA para a corda A é determinada por: em que Τι,α é o tempo de trânsito a montante ao longo da corda A e T2,a é o tempo de trânsito a jusante ao longo da corda A. A velocidade do som associado à corda B, bem como à outras cordas, pode ser expressa de forma similar.

[0028] Caso a velocidade do som através do fluido no medidor seja homogênea e nenhum erro ocorrer na medição dos tempos de trânsito Ti;a, T2,a> Ti;B e T2,b, r|AB será zero. Entretanto, se houver um erro em qualquer um destes tempos de trânsito medido, η ab será diferente de zero. Como explicado acima, o acúmulo do depósito pode criar erros nos tempos de trânsito medidos e, desse modo, fazer com que t|ab seja diferente de zero. Por conseguinte, monitorando-se o valor de t|ab ao longo do tempo, o acúmulo de depósitos no medidor de fluxo ultrassônico pode ser detectado.

[0029] Ao se calcular t|ab ao longo do tempo com a finalidade de detectar o acúmulo de depósito, o regime de fluxo de fluido deve ser considerado. Pode ocorrer estratificação de temperatura, significando que, a temperatura do fluido não é uniforme dentro do medidor, quando houver pouco ou nenhum fluxo de fluido passando através de um medidor de fluxo ultrassônico. Por exemplo, o fluido próximo ao topo do medidor pode estar mais quente do que o fluido próximo à base do medidor. Devido à velocidade do som através do líquido ser dependente da temperatura, a velocidade do som dentro do fluido não será homogênea na presença de estratificação da temperatura. Além disso, velocidades de som diferentes através do fluido provocarão uma variação no valor do t|ab de uma corda para a outra.

[0030] Entretanto, a estratificação da temperatura pode ser minimizada quando o fluido é bem misturado, como quando há um fluxo de fluido turbulento através do medidor. Por conseguinte, ao se calcular o t|ab ao longo do tempo com a finalidade de detectar o acúmulo de depósito, é preferível medir os tempos de trânsito T);A, T2;a, Ti;B e T2;B, quando fluido esteja escoando através do medidor de fluxo ultrassônico.

[0031] A FIG. 4 mostra um fluxograma para um método ilustrativo de detectar o acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico. O método 400 começa quando os componentes eletrônicos associados ao medidor medem, periodicamente, os tempos de trânsito T14, T2,i, entre pelo menos dois pares de transdutores posicionados dentro do medidor (bloco 405). Em alguns modos de realização, os tempos de trânsito T14, T2;i, podem ser medidos para todos os pares de transdutores, enquanto que, em outros modos de realização, os tempos de trânsito Ti;i; T2;i, podem ser medidos para apenas par(es) selecionado.

[0032] O indicador de erro η pode ser calculado para quaisquer dois pares de transdutores tendo comprimentos de cordas substancialmente diferentes entre os mesmos e para os quais os tempos de trânsito Tu, T24, foram medidos. Por exemplo, temos quatro pares de transdutores contidos dentro do medidor de fluxo ultrassônico mostrado na FIG. 2. Se os tempos de trânsito T14, T2(i, forem medidos para cada par de transdutores, então, η pode ser calculado, a seguir, para pares de transdutores associados às cordas A e B, B e D, A e C, e C e D.

[0033] Em alguns modos de realização, os tempos de trânsito Ti;í, T2)i, são medidos repetidamente durante um período de tempo e, em seguida, suas médias são calculadas para este período de tempo, gerando, desse modo, tempos de trânsito médios Ti^méd e T2j;inéd (bloco 410). Os tempos de trânsito cujas médias Ti;i,méd, T2;i,méd foram calculadas, podem, então, ser usados para calcular a velocidade do som Ci, substituindo os tempos de trânsito cujas médias Ti^méd, T2;i>méd foram calculadas, e o comprimento de corda Li, na equação (7) (bloco 415). Por sua vez, a velocidade do som Ci e comprimentos de cordas apropriados são, então, substituídos na equação (6) para calcular η (bloco 420). Em certo sentido, ο η computado é um η cuja média foi calculada, ou η^, devido ao fato de ser determinado usando-se tempos de trânsito cujas médias Ti;i;méd, T?4 ^ foram calculadas.

[0034] Altemativamente, a velocidade do som Ci pode ser calculada substituindo-se os tempos de trânsito medidos T14, T24 e o comprimento da corda Li, na equação (7) (bloco 425). Por sua vez, a velocidade do som Ci e comprimentos cordas apropriados são, então, substituídos na equação (6) para calcular η (bloco 430). Estes cálculos podem ser repetidos ao longo de um período de tempo e os valores computados de η tendo a média calculada, gerando, desse modo, uma média calculada de η, (bloco 435).

[0035] Em seguida, cada r^d calculado pode ser avaliado para determinar se há acúmulo de depósito detectável no medidor de fluxo ultrassônico (bloco 440). Uma base para determinar se o acúmulo de depósito existe é a suposição de que cada r^d calculado se deslocará por, substancialmente, a mesma quantidade e excederá um limiar pré-definido.

[0036] Caso nenhum acúmulo de depósito seja detectado, nenhuma ação corretiva seria necessária neste momento. Os componentes eletrônicos associados ao medidor de fluxo ultrassônico pode continuar a amostrar os tempos de trânsito Tl,i, T2,i, e a computar o qméd para os dois ou mais pares de transdutores, ininterruptamente, até o acúmulo de depósito ser detectado. No caso do acúmulo de depósito ser detectado, a ação de reparação pode ser executada neste momento. Dependendo das circunstâncias, a operação do medidor de fluxo ultrassônico pode ser interrompida para permitir a manutenção para reduzir ou eliminar o acúmulo de depósito (bloco 445). Altemativamente, os componentes eletrônicos podem executar computações adicionais para determinar uma vazão volumétrica ajustada, ou corrigida, através do medidor responsável pelo acúmulo de depósito (bloco 450).

[0037] A capacidade de detectar o acúmulo de depósito de acordo com os métodos apresentados neste documento, incluindo o método 400, pode permitir a manutenção do medidor de fluxo ultrassônico quando necessário, ao invés de em um programação fixa. Além disso, a capacidade de quantificar o acúmulo de depósito e levar em consideração este acúmulo corrigindo as vazões volumétricas computadas através do medidor, pode permitir que a manutenção seja adiada indefinidamente. Em pelo menos alguns modos de realização, η provê a base para quantificar o acúmulo de depósito e para corrigir as vazões volumétricas através do medidor.

[0038] Com referência, novamente, à equação (6), t|ab é uma função da velocidade do som ca e da velocidade do som Cb. Assumindo-se que haja um erro de sincronização ΔΤα na medição de cada tempo de trânsito Tj;A, ou T2,a, devido ao acúmulo de depósito, o erro Aca resultante na velocidade do som computada é: [0039] Desse modo, a velocidade do som ca para a corda A pode ser escrita como: [0040] Expressões similares podem ser escritas para outras cordas, como as cordas B, C e D, da FIG. 2.

[0041] Substituindo-se a equação (9) e uma expressão similar para a corda B na equação (6) e desprezando-se termos de ordem superior, ou seja, o produto de ΔΤα e ΔΤΒ, t|ab pode ser expresso como: [0042] Caso se formem depósitos sobre as faces dos transdutores em extremidades opostas de uma corda, estes depósitos provocarão um erro na velocidade do som c, do fluido. Uma maneira de quantificar esse erro é considerar que os depósitos provocam um erro no tempo de trânsito medido T. Supondo-se que o material do depósito tem uma velocidade de som Cdepósito e que o depósito sobre cada face do transdutor tem uma espessura tdepósito, o erro ΔΤ, no tempo de trânsito provocado pelo acúmulo do depósito, pode ser definido como: [0043] Como mostrado pela equação (11), o erro ΔΤ, no tempo de trânsito provocado pelo acúmulo do depósito, depende da espessura de depósito tdepósito, da velocidade do som através do fluido c, e da velocidade do som através do material do depósito Cdepósito, mas não do comprimento da corda. Além disso, supondo-se que o acúmulo de depósito seja uniforme, dentro do medidor de fluxo ultrassônico, o erro ΔΤ, no tempo de trânsito provocado pelo acúmulo de depósito, é independente da corda. Desse modo, ΔΤα e ΔΤβ, da equação (10), são independentes das cordas A e B, respectivamente, e podem ser designados simplesmente por ΔΤ. A equação (10), então, é simplificada para: [0044] Combinando-se as equações (11) e (12), t|ab e o erro ΔΤ, no tempo de trânsito devido ao acúmulo de depósito, podem ser expressos em termos da espessura do depósito tdepósito: [0045] Através de manipulação algébrica da equação (13), a espessura do depósito tdepósito pode ser expressa por: [0046] Como descrito acima com referência à FIG. 4, t|ab pode ser calculado usando-se os tempos de trânsito medidos T14, T24. Tendo determinado o t|ab e conhecendo-se, da equação (13), que t|ab é igual ao erro de sincronização ΔΤ, a espessura do depósito tdepósito pode, então, ser determinada usando-se a equação (14). Desse modo, a equação (14) permite que o acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico seja quantificado.

[0047] Em alguns modos de realização, a decisão de executar a manutenção no medidor de fluxo ultrassônico para reduzir o acúmulo de depósito pode depender da espessura do depósito tdepósito· Por exemplo, um valor de limiar pode ser definido, de modo que a manutenção seja realizada quando a espessura do depósito tdepósito ultrapassar esse limiar. No caso da manutenção não ser executada para reduzir ou eliminar o acúmulo de depósito, a vazão volumétrica através do medidor pode ser corrigida para considerar o acúmulo de depósito.

[0048] A vazão volumétrica através do medidor é dada por: em que Ac é a área de fluxo da seção transversal e V é a velocidade média do fluxo. Como explicado anteriormente, o acúmulo de depósito criará erros, tanto na velocidade média do fluxo V, quanto na área de fluxo da seção transversal Ac. Desse modo, a incerteza relativa da vazão volumétrica AQ/Q pode ser expressa por: em que AV/V e AAC/AC são as incertezas relativas na velocidade média do fluxo V e na área de fluxo da seção transversal Ac, respectivamente. Para determinar a incerteza relativa da vazão volumétrica AQ/Q e, desse modo, o erro AQ criado na vazão volumétrica Q, provocado pelo acúmulo de depósito, as incertezas relativas na velocidade de fluxo média e na área de fluxo da seção transversal ΔΥ/V, AAJAc, respectivamente, são avaliadas.

[0049] A área de fluxo da seção transversal Ac é: em que D é o diâmetro interno do carretei medidor, medido na ausência de acúmulo de depósito. O acúmulo de depósito reduz o diâmetro interno efetivo do carretei medidor. Desse modo, a incerteza relativa na área de fluxo da seção transversal Δ Ac/Ac pode ser expressa como: [0050] Substituindo-se Ac em termos de D usando a equação (17) e notando-se que AD é igual a -2tdeposit, a incerteza relativa na área de fluxo da seção transversal AAJA<. é: [0051] A velocidade média de fluxo V é dada por: em que Wi é um fator de ponderação dependente da corda, para corda i. Desse modo, a incerteza relativa da velocidade média de fluxo ΔV/V pode ser expressa como: [0052] A velocidade média do fluxo de cordas Vi é dada por: em que L, é o comprimento da corda i, Xi é o componente axial de Li, Ti j é o tempo de trânsito a montante (significando o tempo de trânsito para um sinal acústico se deslocar do transdutor a jusante ao longo da corda i para o transdutor a montante), e T2,i é o tempo de trânsito a jusante. Desse modo, a incerteza relativa da vazão Δν/V para corda i pode ser expressa como: em que os erros nos tempos de trânsito Ti;í e T2,i são ΔΤ, como explicado anteriormente. Usando-se a equação (22), a expressão acima pode ser simplificada para: em que c é a velocidade do som no fluido.

[0053] O componente axial Xi é dado por: em que Θ é o ângulo que a corda i faz em relação à direção do fluxo e fi é a distância fracionária relativa que o plano de medição do corda i está do plano central do medidor. As FIGs. 5A e 5B ilustram esquematicamente a distância fracionária relativa Li, e a extensão axial Xi para um corda i tendo o comprimento de corda L*. O acúmulo de depósito cria erros no diâmetro efetivo do medidor e na distância fracionária relativa fi que o plano de medição da corda i está do plano central do medidor fi. Desse modo, a incerteza relativa na extensão axial ΔΧ/Χi pode ser expressa por: [0054] Tal como antes, AD pode ser expressa em termos da espessura do deposito tdepósito- [0055] Além disso, o erro na distância fracionária relativa Afi/fi, é: [0056] Substituindo AD e Afi/fi na equação (26) usando as equações (27) e (28) , a incerteza relativa na extensão axial AXj/Xj é: [0057] Além disso, substituindo AXí/Xí na equação (24) usando a equação (29) , a incerteza relativa na velocidade do fluxo AV/V para a corda i pode ser simplificada: [0058] Como descrito com referência à FIG. 4, t\ab pode ser calculado usando-se os tempos de trânsito medidos T14, T24. Usando a equação (13), a espessura do depósito tdepósito pode ser determinada como uma função de t|ab· A espessura do depósito tdepósito pode, então, ser usada como entrada paras as equações (19) e (30) para determinar AAJAc e AV/Vi, respectivamente. Finalmente, o erro relativo na vazão volumétrica AQ/Q pode ser avaliada usando-se a equação (16).

[0059] Considerando o acúmulo de depósito, a vazão volumétrica corrigida Qc através do medidor é: em que Q é a vazão volumétrica através do medidor, na ausência de acúmulo de depósito, e pode ser determinada usando-se a equação (15).

[0060] A FIG. 6 mostra um fluxograma para um método ilustrativo 500 para quantificar o acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico e corrigir a vazão volumétrica através do medidor para considerar o acúmulo de depósito. O método 500 começa com a detecção do acúmulo de depósito de acordo com o método 400 discutido acima, com referência à FIG. 4 (bloco 505). Um produto do método 400 é r\méd, que pode, então, ser substituído na equação (13) e a espessura do depósito tdepósito, calculada (bloco 510).

[0061] Em seguida, o método 500 utiliza a espessura do depósito tdepósito para calcular a vazão volumétrica corrigida Qc através do medidor, em uma série de etapas. A incerteza relativa na área de fluxo da seção transversal AAJAc é calculada usando-se a equação (19) (bloco 515). A incerteza relativa na velocidade de fluxo média da corda AV/Vi, para cada corda i, é calculada usando-se a equação (30) (bloco 520). Os valores de AV/Vi computados para todas as cordas são, então, substituídos na equação (21) para determinar a incerteza relativa para a velocidade de fluxo média AV/V (bloco 525). A incerteza relativa na vazão volumétrica AQ/Q é determinada dos valores computados de AAJAc e AV/V usando-se a equação (16) (bloco 530).

[0062] A vazão volumétrica Q, através do medidor, na ausência de acúmulo de depósito, pode ser determinada usando-se a equação (15) (bloco 535). Os valores de AQ/Q e Q computados podem, então, ser combinados para chegar ao erro na vazão volumétrica devido ao acúmulo de depósitos, AQ (bloco 540). Por último, a vazão volumétrica corrigida Qc através do medidor pode ser determinada usando-se a equação (31) (bloco 545).

[0063] A partir da descrição aqui provida, aqueles experientes na técnica serão piontamente capazes de combinar os métodos, como descritos, para criar um software que, quando combinado com hardware de computador de propósito geral apropriado ou para fins especiais, pode ser usado para criar um sistema de computador e/ou subcomponentes de computador, incorporando a invenção, para criar um sistema de computador e/ou subcomponentes de computador, para executar o método da invenção, e/ou para criar uma mídia legível por computador para armazenar um programa de software para implementar aspectos do método da invenção. Usando-se este software, os métodos aqui descritos podem ser executados em uma base periódica ou quando necessários.

[0064] A explicação acima pretende ser ilustrativa dos princípios e dos vários modos de realização da presente invenção. Numerosas variações e alterações se tomarão aparentes para aqueles experientes na técnica uma vez a informação acima totalmente apreciada. Pretende-se que as reivindicações a seguir sejam interpretadas como abrangendo todas essas variações e modificações.

REIVINDICAÇÕES

Claims (20)

1. Sistema para detectar o acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico, compreendendo: o medidor de fluxo ultrassônico compreendendo: uma peça em carretei (100) configurada para um fluxo de fluido através da peça em carretei (100); e, um primeiro par de transdutores (120, 130) e um segundo par de transdutores, cada par montado mecanicamente na peça em carretei (100) e configurado para se acoplar fluidicamente ao fluxo de fluido, cada par de transdutores compreendendo um transdutor a montante (130) e um transdutor a jusante (120) em relação operacional para enviar sinais acústicos de um para o outro e definindo uma corda (110) entre o par de transdutores; e, componentes eletrônicos (160) acoplados eletronicamente aos pares de transdutores, os componentes eletrônicos (160) configurados para: determinar dados de diagnóstico baseados em sinais acústicos transmitidos entre cada par de transdutores, em que os dados de diagnóstico compreendem uma velocidade de som através do fluido; e, caracterizado pelo fato de que os componentes eletrônicos (160) são adicionalmente configurados para detectar um acúmulo de depósito sobre uma superfície interna da peça em carretei (100) baseada em uma tendência da velocidade do som através do fluido.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte dos componentes eletrônicos (160) estão contidos dentro do medidor de fluxo ultrassônico.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte dos componentes eletrônicos (160) estão distantes do medidor de fluxo ultrassônico.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes eletrônicos (160) são configurados para determinar uma espessura (tdepósito) do acúmulo de depósito.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os componentes eletrônicos (160) são adicionalmente configurados para gerar um sinal quando a espessura (tdepósito) exceder um valor de limiar.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes eletrônicos (160) são adicionalmente configurados para determinar a mudança na vazão volumétrica através do medidor de fluxo ultrassônico, provocada pelo acúmulo de depósito.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados de diagnóstico compreendem adicionalmente tempos de trânsito entre cada par de transdutores e em que os componentes eletrônicos (160) estão adicionalmente configurados para calcular a velocidade do som através do fluido.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes eletrônicos (160) estão adicionalmente configurados para armazenar os dados de diagnóstico.

9. Método para detectar o acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico, compreendendo: determinar dados de diagnóstico baseados em sinais acústicos transmitidos entre cada de pelo menos dois pares de transdutores (120, 130) do medidor de fluxo ultrassônico, em que os dados de diagnóstico compreendem uma velocidade de som através de um fluido escoando através do medidor de fluxo ultrassônico; e, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: analisar a tendência da velocidade do som através do fluido em relação ao tempo; e detectar um acúmulo de depósito sobre uma superfície interna do medidor de fluxo ultrassônico usando a análise da tendência da velocidade do som através do fluido.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente determinar uma espessura (tdepósito) do acúmulo de depósito.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente gerar um sinal quando a espessura (tdepósito) exceder um valor de limiar.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a espessura é determinada pela seguinte equação: e, em que ΔΤ é um erro de sincronização provocado pelo acúmulo de depósitos; Cdepósito é a velocidade do som através do depósito, e Cfluido é a velocidade do som em um fluido escoando através do medidor de fluxo ultrassônico.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente calcular a mudança em uma vazão volumétrica de um fluido passando através do medidor, provocada pelo acúmulo de depósito.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a mudança na vazão volumétrica é determinada pela seguinte equação: em que Q, V e Ac são a vazão volumétrica, a velocidade média de fluxo associada a cada par de transdutores e a área de fluxo da seção transversal, respectivamente, na ausência de acúmulo de depósito, e em que AQ, AV e AAc são o erro na vazão volumétrica, o erro na velocidade de fluxo média associada a cada par de transdutores e o erro na área de fluxo da seção transversal, respectivamente, provocados pelo acúmulo de depósito.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que AAJA é determinado pela seguinte equação: e, em que D é o diâmetro interno do medidor de fluxo ultrassônico, na ausência de acúmulo de depósito.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que AV/V é determinado pela seguinte equação: e, em que i se refere a uma corda entre os transdutores a montante e a jusante; tdepósito é a espessura; D é o diâmetro interno do medidor de fluxo ultrassônico na ausência de acúmulo de depósito; Wi é um fator de ponderação dependente da corda, para a corda i; Li é o comprimento da corda i na ausência de acúmulo de depósito; f é a distância fracionária relativa entre um plano contendo a corda i e um plano através do centro do medidor de fluxo ultrassônico; c é a velocidade do som através do líquido, e Cdepósito é a velocidade do som através do depósito.

17. Mídia legível por computador, caracterizada pelo fato de compreender armazenadas em si instruções que, quando executadas por um processador, fazem com que o processador: detecte um acúmulo de depósito dentro de um medidor de fluxo ultrassônico usando uma tendência de dados de diagnóstico baseados em sinais acústicos transmitidos entre um par de transdutores, em que os dados de diagnóstico compreendem uma velocidade de som através de um fluido escoando através do medidor de fluxo ultrassônico.

18. Mídia legível por computador, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que as instruções fazem com que adicionalmente, o processador determine uma espessura (tdepósito) do acúmulo de depósito.

19. Mídia legível por computador, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que as instruções fazem com que adicionalmente, o processador gere um sinal quando a espessura (tdepóato) exceder um valor de limiar.

20. Mídia legível por computador, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que as instruções fazem com que, adicionalmente, o processador calcule uma vazão volumétrica através do medidor de fluxo ultrassônico como uma função da espessura (tdepósito)·