Como funciona um medidor de vazão tipo vórtice?

Como funciona um medidor de vazão Vortex?

Como fornecedor de medidores de vazão Vortex, sou frequentemente questionado sobre como esses dispositivos funcionam. Os medidores de vazão Vortex são uma escolha popular em muitas indústrias para medir a vazão de líquidos, gases e vapor. Nesta postagem do blog, explicarei o princípio de funcionamento dos medidores de vazão vórtice, suas vantagens e algumas considerações importantes.

Princípio de funcionamento dos medidores de vazão Vortex

A operação de um medidor de vazão de vórtice é baseada no princípio da rua vórtice de von Kármán. Quando um fluido (líquido, gás ou vapor) passa por um corpo escarpado (também conhecido como barra shedder) colocado no caminho do fluxo, ele cria vórtices alternados em ambos os lados do corpo escarpado. Esses vórtices são lançados em uma frequência que é diretamente proporcional à velocidade do fluxo do fluido.

Vamos detalhar o processo passo a passo:

1. Fluxo de fluido e interação corporal bluff: Quando o fluido se aproxima do corpo escarpado, ele é forçado a se dividir e fluir ao seu redor. À medida que o fluido passa pelo corpo escarpado, o fluxo se separa da superfície do corpo escarpado, criando áreas de baixa pressão em ambos os lados.
2. Formação de Vórtice: Devido às diferenças de pressão e à instabilidade do fluxo, vórtices são formados alternadamente no lado a jusante do corpo escarpado. Esses vórtices são eliminados em um padrão regular, criando uma rua de vórtices de von Kármán.
3. Detecção de frequência de vórtice: A frequência na qual os vórtices são eliminados é detectada por um sensor localizado a jusante do corpo escarpado. Este sensor pode ser um cristal piezoelétrico, um extensômetro ou um sensor capacitivo. O sensor converte as vibrações mecânicas causadas pelos vórtices em um sinal elétrico.
4. Cálculo da taxa de fluxo: A frequência do sinal elétrico é então processada pela eletrônica do medidor de vazão. Usando a relação conhecida entre a frequência de desprendimento de vórtices e a velocidade do fluxo, o medidor de vazão calcula a vazão do fluido. A relação entre a frequência de desprendimento de vórtices (f), a velocidade do fluxo (v) e a largura do corpo escarpado (d) é dada pela equação de Strouhal:

[f = St \times \frac{v}{d}]

onde St é o número de Strouhal, que é uma constante adimensional que depende da forma do corpo bluff e do número de Reynolds do fluxo.

Vantagens dos medidores de vazão Vortex

Os medidores de vazão Vortex oferecem diversas vantagens sobre outros tipos de medidores de vazão, o que os torna uma escolha popular em muitas aplicações:

1. Ampla gama de aplicações: Os medidores de vazão Vortex podem ser usados ​​para medir a vazão de líquidos, gases e vapor. Eles são adequados para uma variedade de indústrias, incluindo química, petroquímica, geração de energia e alimentos e bebidas.
2. Alta precisão: Os medidores de vazão Vortex podem fornecer medições de vazão precisas em uma ampla faixa de taxas de vazão. Eles normalmente têm uma precisão de ±1% a ±2% do valor medido.
3. Baixa queda de pressão: Em comparação com alguns outros tipos de medidores de vazão, como placas de orifício e medidores Venturi, os medidores de vazão de vórtice têm uma queda de pressão relativamente baixa. Isso significa que eles requerem menos energia para operar, resultando em economia de custos.
4. Sem peças móveis: Os medidores de vazão Vortex não possuem peças móveis, o que reduz o risco de falha mecânica e os requisitos de manutenção. Eles também são menos suscetíveis ao desgaste, o que os torna uma escolha confiável para uso a longo prazo.
5. Saída digital: A maioria dos medidores de vazão vórtice modernos são equipados com interfaces de saída digital, como 4-20 mA, Modbus ou HART. Isto permite fácil integração com outros sistemas de controle e dispositivos de aquisição de dados.

Principais considerações para o uso de medidores de vazão Vortex

Embora os medidores de vazão vórtice ofereçam muitas vantagens, há algumas considerações importantes que precisam ser levadas em consideração ao usá-los:

1. Propriedades de Fluidos: O desempenho de um medidor de vazão de vórtice pode ser afetado pelas propriedades do fluido que está sendo medido, como viscosidade, densidade e temperatura. É importante selecionar um medidor de vazão adequado às propriedades específicas do fluido.
2. Requisitos de instalação: A instalação adequada é crucial para a operação precisa de um medidor de vazão de vórtice. O medidor de vazão deve ser instalado em uma seção reta de tubo com comprimentos de tubo reto a montante e a jusante suficientes para garantir um perfil de fluxo totalmente desenvolvido.
3. Vibração e Ruído: Os medidores de vazão Vortex podem ser sensíveis a vibrações e ruídos, o que pode afetar a precisão das medições. É importante instalar o medidor de vazão em um local onde não esteja exposto a vibrações ou ruídos excessivos.
4. Calibração: Como todos os medidores de vazão, os medidores de vazão tipo vórtice precisam ser calibrados periodicamente para garantir medições precisas. A frequência de calibração depende da aplicação e dos requisitos de precisão.

Comparação com outros medidores de vazão

Existem vários outros tipos de medidores de vazão disponíveis no mercado, cada um com suas vantagens e desvantagens. Vamos comparar os medidores de vazão de vórtice com dois outros tipos populares de medidores de vazão:Medidor de fluxo de turbinaeMedidor de vazão eletromagnético LDG.

1. Medidor de fluxo de turbina: Os medidores de vazão de turbina medem a vazão detectando a rotação de uma roda de turbina colocada no caminho do fluxo. Eles são adequados para medir a vazão de líquidos e gases limpos. No entanto, os medidores de vazão de turbina possuem peças móveis, que podem estar sujeitas a desgaste e requerem manutenção regular. Os medidores de vazão Vortex, por outro lado, não possuem partes móveis, o que reduz o risco de falha mecânica e a necessidade de manutenção.
2. Medidor de vazão eletromagnético LDG: Os medidores de vazão eletromagnéticos medem a vazão detectando a tensão induzida pelo movimento de um fluido condutor através de um campo magnético. Eles são adequados para medir a vazão de líquidos condutores, como água e águas residuais. No entanto, os medidores de vazão eletromagnéticos requerem um fluido condutor e podem ser afetados pela presença de partículas ou bolhas não condutoras no fluido. Os medidores de vazão Vortex podem ser usados ​​para medir a vazão de fluidos condutivos e não condutivos.

Conclusão

Os medidores de vazão Vortex são uma escolha confiável e precisa para medir a vazão de líquidos, gases e vapor. Seu princípio de funcionamento é baseado no princípio da rua vórtice de von Kármán, que permite a medição da vazão sem a necessidade de peças móveis. Os medidores de vazão Vortex oferecem diversas vantagens sobre outros tipos de medidores de vazão, incluindo uma ampla gama de aplicações, alta precisão, baixa queda de pressão e ausência de peças móveis. No entanto, existem algumas considerações importantes que precisam ser levadas em consideração ao usá-los, como propriedades do fluido, requisitos de instalação, vibração e ruído e calibração.

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Referências

1. Miller, RW (1996). Manual de engenharia de medição de vazão (3ª ed.). McGraw-Hill.
2. ISO 7145:2005. Medição de vazão de fluido em conduítes fechados - Medidores de vazão tipo vórtice de inserção - Requisitos de desempenho e instalação.