Tecnologia

Ondas sonoras

O som é um instrumento poderoso para a medição e determinação de certas características físicas do ar e de gases em geral. Reconhecendo o potencial de som, a SEI concentrou sua perícia na física acústica, eletrônica, processamento de sinal digital e desenvolvimento de software para criar produtos poderosamente inovadores que usam o som para solucionar problemas do mundo real em uma grande variedade de usos industriais.

As ondas sonoras podem ser usadas para medir com exatidão a temperatura de um gás. Nossos sistemas completos Boilerwatch®MMP-II são os melhores para múltiplas trajetórias, criação de mapas de perfis térmicos e distribuição de temperaturas.

Informações adicionais e aplicações da patente de tecnologias acústicas da SEI estão em diversas publicações industriais (leia Publicações), incluindo artigos publicados e documentos de conferências técnicas. Também leia nossa página de Literatura para verificar testes de viabilidade, relatórios e folhas de dados.

Medição da temperatura de gases

A temperatura do gás é um dos parâmetros mais importantes que devem ser medidos em uma grande variedade de processos industriais. Por exemplo, o projeto progressivo e a operação de caldeiras alimentadas por carvão, óleo, petróleo, gás natural, substâncias químicas recuperadas de licor negro e de rejeito depende cada vez mais da supervisão crítica e da avaliação das condições de temperatura do gás no forno e nas seções de supercalor do processo térmico.

A operação correta das caldeiras e a otimização de seu funcionamento exigem o controle de sua temperatura e uma combustão apropriada e completa dos diversos combustíveis envolvidos. Pequenos níveis de temperaturas excessivas, aos quais qualquer tubo de caldeira em metalurgia está sujeito, causam reduções na expectativa de vida do equipamento correspondente, e conseqüentemente diminuem os índices de disponibilidade da unidade, além dos consertos por interrupção forçada. Uma medição direta e exata da temperatura de gás pode proporcionar um controle valioso dos gastos, assim como as informações para o projeto e operação de caldeiras, fornos e muitos outros processos industriais.

Teoria de medição acústica de temperatura

Sabe-se que a velocidade do som é uma função da temperatura do meio pelo qual a onda sonora se desloca. Em sistemas para detecção de distâncias, a variação da velocidade do som é tratada como um erro que exige a correção apropriada. Na pirometria acústica, as mudanças da velocidade do som proporcionam a medição desejada.

Também se sabe há algum tempo que a medição do tempo de deslocamento do som é empregada para o cálculo da distância em aplicações meteorológicas, hidrológicas e industriais. A detecção da temperatura, por outro lado, exige a medição do tempo de deslocamento de um impulso acústico sobre uma distância conhecida. Esta medida proporciona a temperatura média do meio gasoso ao longo de toda a trajetória acústica.

Os princípios envolvidos na pirometria acústica são claros. A velocidade do som (c) em um gás está relacionada à temperatura deste pela equação:

Em teoria, um sistema de pirômetro acústico simplesmente exige uma fonte de som (o transmissor) colocada em um lado do forno e um receptor ou microfone no lado oposto. O transmissor emite um pulso de som e o receptor o detecta. Com a medição do tempo exigido para que a onda sonora se desloque do transmissor ao receptor, e tendo a distância sido conhecida e fixada, podemos simplesmente calcular a temperatura média do gás na trajetória percorrida pelo pulso acústico.

Este método, entretanto, é um desafio na prática. Por exemplo, descobriu-se que a gama de freqüências práticas de um pulso acústico no interior de um forno ou caldeira de grande capacidade fica entre 500 e 2000 Hz. Além disso, enquanto a temperatura do gás envolvido pode chegar a até 3000ºF, a velocidade acústica pode superar 880 metros por segundo e a longitude de onda do sinal é de aproximadamente um metro. O tempo de deslocamento do pulso de som deve ser disposto a uma fração de longitude de onda para que se obtenha a resolução prática da temperatura e uma certeza aceitável do sistema. Os problemas também surgem porque a trajetória acústica é em geral distorcida por diversas variáveis térmicas e de velocidade, assim como por cavidades entre tubos localizadas em diversos pontos ao longo de uma caldeira.

 c = d/t       (2)

Depois que se obtiver a velocidade do som, a temperatura poderá ser calculada combinando-se as equações (1) e (2), resultando em uma expressão que relaciona a temperatura do gás com a distância e o tempo de deslocamento :

T = (d/Bt)² - 273.16

Para medir a temperatura do gás em um forno, descobre-se com facilidade a distância (d) entre o transmissor acústico e o receptor, a constante acústica (B) é calculada a partir de uma análise do combustível ou de seu gás, e o tempo de deslocamento (t) é medido pelo pirômetro acústico. A partir destas informações, é calculada a temperatura média do gás através de sua trajetória.