Qual o efeito do perfil de fluxo em um medidor de vazão tipo vórtice?

Como fornecedor de medidores de vazão Vortex, testemunhei em primeira mão o papel crítico que esses dispositivos desempenham em vários setores. Um dos fatores mais significativos que podem influenciar o desempenho de um medidor de vazão Vortex é o perfil de fluxo. Nesta postagem do blog, explorarei os efeitos do perfil de fluxo em um medidor de vazão Vortex, com base em minha experiência e conhecimento do setor.

Compreendendo o perfil de fluxo

Antes de se aprofundar nos efeitos dos medidores de vazão Vortex, é essencial entender o que significa perfil de fluxo. O perfil de fluxo refere-se à distribuição da velocidade do fluido ao longo da seção transversal de um tubo. Num cenário ideal, o perfil do fluxo é totalmente desenvolvido e simétrico. Um fluxo totalmente desenvolvido ocorre quando o fluido percorreu uma distância suficiente de quaisquer distúrbios, como curvas, válvulas ou bombas.

Existem dois tipos principais de perfis de fluxo: laminar e turbulento. No fluxo laminar, o fluido se move em camadas suaves com pouca ou nenhuma mistura entre elas. A distribuição de velocidade é parabólica, com velocidade máxima no centro do tubo e velocidade zero na parede do tubo. O fluxo turbulento, por outro lado, é caracterizado pelo movimento caótico e irregular do fluido. A distribuição de velocidade no fluxo turbulento é mais uniforme ao longo da seção transversal do tubo, mas ainda existem variações.

Impacto do perfil de fluxo na operação do medidor de vazão Vortex

A operação de um medidor de vazão Vortex é baseada no princípio da rua vórtice von Kármán. Quando um fluido passa por um corpo rombudo (também conhecido como barra de dispersão) no medidor de vazão, vórtices são alternadamente eliminados de ambos os lados do corpo rombudo. A frequência na qual esses vórtices são lançados é diretamente proporcional à velocidade do fluido.

Precisão

A precisão de um medidor de vazão Vortex é altamente dependente de um perfil de fluxo estável e previsível. Se o perfil do fluxo não estiver totalmente desenvolvido, os vórtices liberados do corpo escarpado podem ser irregulares. Por exemplo, numa situação em que há uma mudança repentina no diâmetro do tubo ou em um cotovelo próximo, o fluxo pode ficar distorcido. Essa distorção pode causar desprendimento irregular de vórtices, levando a medições de frequência imprecisas e, consequentemente, leituras imprecisas de vazão.

Na minha experiência, os clientes que instalaram medidores de vazão Vortex sem a devida consideração do layout da tubulação a montante geralmente encontram problemas de precisão. Por exemplo, se um medidor de vazão Vortex for instalado muito próximo de uma válvula que é frequentemente aberta e fechada, os distúrbios de fluxo resultantes podem perturbar o padrão de emissão de vórtices. Para garantir medições precisas, geralmente é recomendado ter um comprimento suficiente de tubo reto a montante e a jusante do medidor de vazão. Um requisito típico é de 10 a 20 diâmetros de tubo reto a montante e 5 a 10 diâmetros de tubo a jusante.

Repetibilidade

A repetibilidade é outra métrica de desempenho importante para medidores de vazão. Um medidor de vazão Vortex com boa repetibilidade fornecerá medições consistentes de vazão sob as mesmas condições operacionais. Um perfil de fluxo estável é crucial para manter a repetibilidade. Se o perfil do fluxo mudar devido a fatores como operações de válvulas ou bloqueios de tubos, a frequência de emissão de vórtices também poderá variar, mesmo que a vazão real permaneça constante.

Lembro-me de um caso em que um cliente estava usando um medidor de vazão Vortex em um processo químico. Eles notaram leituras inconsistentes ao longo do tempo. Após uma inspeção detalhada, descobrimos que um pequeno bloqueio na tubulação a montante estava causando alterações intermitentes no perfil do fluxo. Depois que o bloqueio foi removido e o perfil de fluxo foi restaurado ao normal, a repetibilidade do medidor de vazão melhorou significativamente.

Perturbações do perfil de fluxo e sua mitigação

Existem várias fontes comuns de distúrbios no perfil de fluxo que podem afetar os medidores de vazão Vortex:

• Curvas de tubo: Os cotovelos no sistema de tubulação podem fazer com que o fluxo se separe e forme padrões de fluxo secundários. Isso pode levar a um perfil de fluxo não uniforme. Para mitigar os efeitos das curvaturas dos tubos, condicionadores de vazão podem ser instalados a montante do medidor de vazão Vortex. Os condicionadores de fluxo endireitam o fluxo e ajudam a criar um perfil de fluxo mais uniforme.
• Válvulas: As válvulas, especialmente quando parcialmente abertas, podem causar perturbações significativas no fluxo. As válvulas globo, por exemplo, têm um caminho de fluxo mais complexo em comparação com as válvulas esfera e podem gerar distorções de fluxo mais substanciais. Ao instalar um medidor de vazão Vortex próximo a uma válvula, é importante considerar o tipo de válvula e seu efeito no perfil do fluxo. Em alguns casos, pode ser necessário usar uma combinação de condicionadores de fluxo e um layout de tubulação adequado para minimizar o impacto dos distúrbios de fluxo induzidos pela válvula.
• Bombas: As bombas centrífugas podem introduzir redemoinhos e pulsações no fluxo. O redemoinho pode interromper o padrão de liberação de vórtice em um medidor de vazão Vortex, enquanto as pulsações podem causar flutuações na vazão medida. Para resolver esses problemas, dispositivos anti-redemoinho podem ser instalados a jusante da bomba e amortecedores de pulsação podem ser usados ​​para reduzir a amplitude das pulsações.

Comparação com outros medidores de vazão

Ao discutir o efeito do perfil de fluxo em medidores de vazão, é interessante comparar o medidor de vazão Vortex com outros tipos de medidores de vazão, como oMedidor de vazão eletromagnético LDGe oMedidor de fluxo de turbina.

O medidor de vazão eletromagnético LDG mede a vazão com base no princípio da indução eletromagnética. É relativamente menos afetado por perturbações no perfil de fluxo em comparação com os medidores de vazão Vortex. Como mede a velocidade média do fluido em toda a seção transversal do tubo, pequenas variações no perfil do fluxo não têm impacto significativo em sua precisão. No entanto, requer que o fluido seja condutor.

O medidor de vazão de turbina, por outro lado, mede a vazão contando a rotação de uma pá de turbina no fluxo de fluido. Semelhante ao medidor de vazão Vortex, seu desempenho pode ser afetado por perturbações no perfil de fluxo. Perfis de fluxo não uniformes podem causar rotação desigual da pá da turbina, levando a medições de fluxo imprecisas. No entanto, os medidores de vazão de turbina podem ser mais sensíveis a fluxos de baixa velocidade em comparação com os medidores de vazão Vortex.

Conclusão e apelo à ação

Concluindo, o perfil de fluxo tem um efeito profundo no desempenho de um medidor de vazão Vortex. Manter um perfil de vazão estável e totalmente desenvolvido é essencial para obter medições de vazão precisas e repetíveis. Como fornecedor de medidores de vazão Vortex, entendemos os desafios impostos pelas perturbações do perfil de fluxo e oferecemos soluções como diretrizes de instalação adequadas, condicionadores de fluxo e suporte no local.

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Referências

• Miller, RW (1996). Manual de engenharia de medição de vazão. McGraw-Hill.
• Spitzer, DW (2001). Medição de Vazão: Guias Práticos para Medição e Controle. Imprensa ISA.
• ISO 5167 - 1:2003. Medição de vazão de fluidos por meio de dispositivos diferenciais de pressão inseridos em condutos de seção circular e cheios - Parte 1: Princípios e requisitos gerais.