Caudalímetro vortex.
Figura F50. Vórtices.
En 1878, Strouhal estudiaba una descripción científica de los vórtices que se formaban detrás de los obstáculos sólidos, sus estudios revelaron que un cable tensado a través de un chorro de aire oscilara, y la frecuencia de esta oscilación es proporcional al chorro de aire.
El número de Strouhal empleado en este contexto describe la relación entre la frecuencia de desprendimiento de los vórtices, la velocidad del fluido y el diámetro del cuerpo sólido, ver ecuación F60.
(F60)
Donde:
St: Número de Strouhal.
f: Frecuencia del torbellino (Hz).
d: anchura del torbellino (mm).
v: Velocidad del fluido (m/s).
El número de Strouhal es constante para números de Reynolds comprendidos entre 10.000 y 1.000.000 y d es mantenido constante por el fabricante del medidor, utilizando la expresión F61 que relaciona el caudal con la velocidad del fluido.
(F61)
Siendo:
Qv: Caudal volumétrico del fluido (l/min).
s: Sección de la tubería (mm).
Y sustituyendo la ecuación, obtenemos la expresión F62:
(F62)
(F63)
Siento K una constante.
Por lo tanto, el caudal volumétrico del fluido es proporcional a la frecuencia del torbellino.
La detección de la frecuencia se logra con sensores de presión de cristales piezoeléctricos que detectan los picos de presión en el lado contrario del torbellino , o con una termistancia de muy baja inercia térmica que sigue los efectos de refrigeración del torbellino generado en el gas, o bien mediante un condensador de capacidad variable, función de la deformación de un diafragma (placa) ante las ondas de presión del torbellino o bien mediante la aplicación de un haz de ultrasonido perpendicularmente al torbellino, midiendo el tiempo de tránsito del haz desde el transmisor al receptor. En la figura F51 se muestra el Caudalímetro vortex.
Este principio de medición se basa en el hecho de que corriente debajo de un obstáculo se forman vórtices en el fluido (figura F50), tanto en una tubería cerrada como en un canal abierto. La frecuencia de desprendimiento de los vórtices a cada lado del cuerpo solido es proporcional a la velocidad media de circulación del fluido, y por lo tanto al caudal volumétrico
De donde podemos despejar el valor de k, resultando la ecuación F63:
Figura F51. Caudalímetro vortex
Los transductores de torbellino son adecuados en la medida de caudales de gases y de líquido y su rangoabilidad es de 10 a 1. Deben instalarse en tuberías rectas con longitudes mínimas de 10 diámetros aguas arriba y de 5 diámetros aguas abajo. El medidor debe instalarse perfectamente alineado con la tubería para asegurar la formación correcta de torbellinos.
La precisión del instrumento es de ±0,2% del caudal instantáneo. Por lo cual el error en tanto por ciento de la escala se hace mayor cuanto más bajo es el caudal.
Ventajas
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Son de aplicación universal en la medición de caudales volumétricos de vapor, líquidos y gases.
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Resultan prácticamente insensibles a los cambios de presión y temperatura.
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Su instalación es simple.
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Ofrecen un amplio rango de diámetros nominales desde ½” hasta 18”.
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Pérdidas de carga bajas.
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Sin partes móviles.
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El comportamiento lineal de la frecuencia es independiente de las condiciones del proceso y del fluido.
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Presenta una alta estabilidad a largo plazo.
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Su reproducibilidad esta entre el ± 0,2 y el ± 0,3%.
Desventajas
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Los fluidos pulsantes afectan negativamente la exactitud de la medición.
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Según el tipo de accesorio que pueda haber corriente arriba, se necesitan tramos de entrada y salida largos.
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No sirven para fluidos altamente viscosos.
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No pueden medir velocidades de fluidos demasiado bajas (Re < 4.000).
Aplicaciones
Los caudalímetros vortex se emplean en numerosos ámbitos de la industria para medir caudales volumétricos de vapor, líquidos y gases.