Tipos de medidores de flujo de vapor

La operación, ventajas y limitaciones de diferentes tipos de medidores de flujo de vapor, incluyendo dispositivos de placa de orificio, área variable y desprendimiento de vórtices.

Hay muchos tipos de medidores de flujo, aquellos adecuados para aplicaciones de vapor y condensado incluyen:

  • Medidores de flujo de placa de orificio.
  • Medidores de flujo de turbina (incluyendo tipos derivados o de bypass).
  • Medidores de flujo de área variable.
  • Medidores de flujo de área variable cargados por resorte.
  • Medidores de flujo de área variable en línea directa (TVA).
  • Medidores de flujo ultrasónicos.
  • Medidores de flujo de desprendimiento de vórtices. Cada uno de estos tipos de medidores de flujo tiene sus propias ventajas y limitaciones. Para asegurar un rendimiento preciso y consistente de un medidor de flujo de vapor o condensado, es esencial que esté correctamente adaptado a la aplicación prevista. Este Módulo revisará los tipos de medidores de flujo anteriores, y discutirá sus características, sus ventajas y desventajas, aplicaciones típicas e instalaciones típicas.

Medidores de flujo de placa de orificio La placa de orificio es una dentro de un grupo conocido como dispositivos de pérdida de carga o medidores de flujo de presión diferencial. En términos simples, el fluido de la tubería pasa a través de una restricción, y el diferencial de presión se mide a través de esa restricción. Basado en el trabajo de Daniel Bernoulli en 1738 (ver Módulo 4.2),

la relación entre la velocidad del fluido que pasa a través del orificio es proporcional a la raíz cuadrada de la pérdida de presión a través del mismo. Otros medidores de flujo en el grupo de presión diferencial incluyen Venturis y toberas.

Con un medidor de flujo de placa de orificio, la restricción es en forma de una placa que tiene un agujero concéntrico con la tubería. Esto se denomina el elemento primario.

Para medir la presión diferencial cuando el fluido está fluyendo, se hacen conexiones desde las tomas de presión aguas arriba y aguas abajo, a un dispositivo secundario conocido como celda DP (Presión Diferencial). Figure 4.3.1 and 4 3 2 - Tipos de medidores de flujo de vapor

Desde la celda DP, la información puede alimentarse a un simple indicador de flujo, o a una computadora de flujo junto con datos de temperatura y/o presión, lo que permite al sistema compensar los cambios en la densidad del fluido.

En líneas horizontales que transportan vapores, el agua (o condensado) puede acumularse contra la cara aguas arriba del orificio. Para prevenir esto, se puede perforar un orificio de drenaje en la placa en la parte inferior de la tubería. Claramente, el efecto de esto debe tenerse en cuenta cuando se determinan las dimensiones de la placa de orificio. El dimensionamiento e instalación correctos de las placas de orificio es absolutamente esencial, y está bien documentado en la Norma Internacional ISO 5167. Figure 4.3.3 - Tipos de medidores de flujo de vapor Instalación A continuación se discuten algunos de los puntos más importantes de ISO 5167:

Tomas de presión - Las tuberías de pequeño calibre (denominadas líneas de impulso) conectan las tomas de presión aguas arriba y aguas abajo de la placa de orificio a una celda de Presión Diferencial o DP.

El posicionamiento de las tomas de presión puede variar. Las ubicaciones más comunes son:

  • Desde las bridas (o portador) que contienen la placa de orificio como se muestra en la Figura 4.3.3. Esto es conveniente, pero se debe tener cuidado con las tomas en la parte inferior de la tubería, porque pueden obstruirse.
  • Un diámetro de tubería en el lado aguas arriba y 0.5 x diámetro de tubería en el lado aguas abajo. Esto es menos conveniente, pero potencialmente más preciso ya que la presión diferencial medida es máxima en la vena contracta, que ocurre en esta posición. Tomas de esquina - Estas generalmente se usan en placas de orificio más pequeñas donde las restricciones de espacio significan que las tomas bridadas son difíciles de fabricar. Generalmente en diámetros de tubería incluyendo o por debajo de DN50.

Desde la celda DP, la información puede alimentarse a un indicador de flujo, o a una computadora de flujo junto con datos de temperatura y/o presión, para proporcionar compensación de densidad.

Tuberías - Hay un requisito de un mínimo de cinco diámetros de tubería rectos aguas abajo de la placa de orificio, para reducir los efectos de perturbación causados por las tuberías.

Sin embargo, la cantidad de tubería recta requerida aguas arriba de la placa de orificio está afectada por una serie de factores incluyendo:

  • La relación ß; esta es la relación entre el diámetro del orificio y el diámetro de la tubería (ver Ecuación 4.3.1), y sería típicamente un valor de 0.7. Equation 431 - Tipos de medidores de flujo de vapor
  • La naturaleza y geometría de la obstrucción anterior. Algunos ejemplos de obstrucciones se muestran en la Figura 4.3.4: Figure 4.3.4 - Tipos de medidores de flujo de vapor La Tabla 4.3.1 reúne la relación ß y la geometría de la tubería para recomendar el número de diámetros rectos de tubería requeridos para las configuraciones mostradas en la Figura 4.3.4.

En situaciones particularmente difíciles, pueden usarse enderezadores de flujo. Estos se discuten con más detalle en el Módulo 4.5. Table 431 - Tipos de medidores de flujo de vapor Ventajas de los medidores de flujo de vapor de placa de orificio:

  • Simples y robustos.
  • Buena precisión.
  • Bajo costo.
  • No se requiere calibración o recalibración siempre que los cálculos, tolerancias e instalación cumplan con ISO 5167. Desventajas de los medidores de flujo de vapor de placa de orificio:
  • El turndown está limitado a entre 4:1 y 5:1 debido a la relación de raíz cuadrada entre flujo y caída de presión.
  • La placa de orificio puede deformarse debido al golpe de ariete y puede bloquearse en un sistema mal diseñado o instalado.
  • El borde afilado del orificio puede erosionarse con el tiempo, particularmente si el vapor está húmedo o sucio. Esto alterará las características del orificio, y la precisión se verá afectada. La inspección y reemplazo regulares son por lo tanto necesarios para asegurar la fiabilidad y precisión.
  • La longitud instalada de un sistema de medición de flujo de placa de orificio puede ser sustancial; pueden necesitarse un mínimo de 10 aguas arriba y 5 aguas abajo de diámetros de tubería rectos sin obstáculos para la precisión. Esto puede ser difícil de lograr en plantas compactas. Considere un sistema que usa tubería de 100 mm, la relación ß es 0.7, y la disposición es similar a la mostrada en la Figura 4.3.4(b):

La longitud de tubería aguas arriba requerida sería = 36 x 0.1 m = 3.6 m

La longitud de tubería aguas abajo requerida sería = 5 x 0.1 m = 0.5 m

La tubería recta total requerida sería = 3.6 + 0.5 m = 4.1 m

Aplicaciones típicas para medidores de flujo de vapor de placa de orificio:

  • ****Dondequiera que el caudal permanezca dentro de la relación limitada de turndown de entre 4:1 y 5:1. Esto puede incluir la sala de calderas y aplicaciones donde el vapor se suministra a muchas plantas, algunas en línea, algunas fuera de línea, pero el caudal total está dentro del rango.

Medidores de flujo de turbina ****El elemento primario de un medidor de flujo de turbina consiste en un rotor de múltiples paletas que se monta en ángulo recto al flujo y se suspende en el flujo del fluido sobre un cojinete de libre giro. La velocidad de rotación de la turbina es proporcional a la velocidad, y por lo tanto al caudal volumétrico del fluido que se está midiendo. Conociendo la densidad del fluido, el caudal másico puede entonces calcularse si es necesario.

La velocidad de rotación de la turbina puede determinarse usando un interruptor de proximidad electrónico montado en el exterior de la tubería, que cuenta los pulsos, como se muestra en la Figura 4.3.5. Figure 4.3.5 - Tipos de medidores de flujo de vapor Medidores de flujo de turbina para líquidos (condensado) Los medidores de flujo de turbina para líquidos, como el condensado, están típicamente diseñados con el diámetro del rotor ligeramente menor que el diámetro interior de la cámara de medición de flujo.

En tuberías más grandes, para minimizar el costo, el elemento de turbina puede instalarse en una derivación de tubería, o incluso el cuerpo del medidor de flujo puede incorporar una derivación o bypass, como se muestra en la Figura 4.3.6.

Los medidores de flujo de derivación comprenden una placa de orificio, que se dimensiona para proporcionar suficiente restricción para que una muestra del flujo principal pase a través de un circuito paralelo. Aunque la velocidad de rotación de la turbina aún puede determinarse como se explicó anteriormente, hay muchas unidades antiguas todavía en existencia que tienen una salida mecánica como se muestra en la Figura 4.3.6.

Claramente, la fricción entre el eje de la turbina y el sellado del prensaestopas puede ser significativa con este arreglo mecánico. Figure 4.3.16 - Tipos de medidores de flujo de vapor Medidores de flujo de turbina de inserción para vapor, gases y líquidos: Los medidores de flujo de turbina de inserción se están volviendo cada vez más populares: su principal ventaja es que pueden instalarse bajo condiciones de proceso completas, sin necesidad de detener la línea de proceso. Esto se logra a través de ‘hot tapping’. Su principio de operación permanece el mismo que para los medidores de flujo de turbina de líquidos donde la frecuencia rotacional de las paletas del rotor se mide usando un sensor de captación magnética. Figure 4.3.7 - Tipos de medidores de flujo de vapor El medidor de flujo de turbina de inserción mide la ‘velocidad de punto’ en una tubería y luego la electrónica del microprocesador usa un factor de perfil para relacionar la velocidad de punto con la velocidad promedio en la tubería. La computadora de flujo actualiza continuamente este factor de perfil basándose en la velocidad de punto y el diámetro de la tubería. Una vez que se conoce la velocidad promedio, el caudal volumétrico puede calcularse usando el área de flujo de la tubería. Agregar un sensor de temperatura o presión permite al medidor de flujo medir la densidad del fluido y calcular el flujo másico.

Ventajas de los medidores de flujo de turbina de inserción:

  • Pueden instalarse bajo condiciones de proceso completas.
  • Relativamente económicos en tuberías más grandes.
  • Pueden usarse en todos los medios.
  • Caída de presión inducida baja ya que hay obstrucción mínima del flujo.
  • Precisión moderada, típicamente ±2% de la lectura (vapor) y ±1.5% (condensado).
  • Miden con precisión el caudal hasta un turndown de 25:1.
  • Longitudes de instalación relativamente compactas, requiriendo típicamente solo 10D y 5D de tubería recta aguas arriba y aguas abajo del medidor de flujo respectivamente. Pueden medir el caudal en tuberías grandes (> DN400).

Desventajas de los medidores de flujo de turbina de inserción:

  • Relativamente costosos cuando se usan en tuberías más pequeñas.
  • Las partes móviles requieren mantenimiento regular.
  • El vapor húmedo puede dañar la turbina y afectar la precisión. Aplicaciones típicas para medidores de flujo de turbina de inserción:
  • Vapor saturado seco.
  • Vapor sobrecalentado.
  • Líneas de retorno de condensado, sin embargo, se debe tener cuidado de remover el aire y el vapor flash antes de la medición de flujo.
  • Aplicaciones de gas y aire. Medidores de flujo de área variable El medidor de flujo de área variable (Figura 4.3.8), a menudo denominado rotámetro, consiste en un tubo vertical de calibre cónico con el calibre pequeño en el extremo inferior, y un flotador que puede moverse libremente en el fluido. Cuando el fluido pasa a través del tubo, la posición del flotador está en equilibrio con:
  • La fuerza dinámica ascendente del fluido.
  • La fuerza descendente resultante de la masa del flotador.
  • La posición del flotador es, por lo tanto, una indicación del caudal. En la práctica, este tipo de medidor de flujo será una mezcla de:
  • Un flotador seleccionado para proporcionar un cierto peso, y resistencia química al fluido. El material de flotador más común es acero inoxidable grado 316, sin embargo, se usan otros materiales como Hastalloy C, aluminio o PVC para aplicaciones específicas.

En medidores de flujo pequeños, el flotador simplemente es una bola, pero en medidores más grandes se usan flotadores de forma especial para mejorar la estabilidad.

  • Un tubo cónico, que proporcionará una escala de medición de típicamente entre 40 mm y 250 mm sobre el rango de flujo de diseño. Generalmente el tubo se fabricará de vidrio o plástico. Sin embargo, si la falla del tubo pudiera presentar un peligro, entonces puede instalarse una cubierta protectora alrededor del vidrio, o puede usarse un tubo metálico.

Con un tubo transparente, las lecturas de flujo se toman por observación del flotador contra una escala. Para aplicaciones de temperatura más alta donde el material del tubo es opaco, se usa un dispositivo magnético para indicar la posición del flotador.

Debido a que el área anular alrededor del flotador aumenta con el flujo, la presión diferencial permanece casi constante. Figure 4.3.8 - Tipos de medidores de flujo de vapor Ventajas de los medidores de flujo de área variable:

  • Salida lineal.
  • Turndown de aproximadamente 10:1.
  • Simples y robustos.
  • La caída de presión es mínima y bastante constante. Desventajas de los medidores de flujo de área variable:
  • El tubo debe montarse verticalmente (ver Figura 4.3.9).
  • Debido a que las lecturas generalmente se toman visualmente, y el flotador tiende a moverse, la precisión es solo moderada. Esto se empeora por el error de paralaje a caudales más altos, porque el flotador está a cierta distancia de la escala.
  • Los tubos cónicos transparentes limitan la presión y la temperatura. Aplicaciones típicas para medidores de flujo de área variable:
  • Medición de gases.
  • Medición de flujo de aire de pequeño calibre - En estas aplicaciones, el tubo se fabrica de vidrio, con calibraciones marcadas en el exterior. Las lecturas se toman visualmente.
  • Aplicaciones de laboratorio.
  • Los rotámetros a veces se usan como dispositivo de indicación de flujo más que como dispositivo de medición de flujo. Figure 4.3.9 - Tipos de medidores de flujo de vapor Medidores de flujo de área variable cargados por resorte El medidor de flujo de área variable cargado por resorte (una extensión del medidor de flujo de área variable) usa un resorte como fuerza de equilibrio. Esto hace que el medidor de flujo sea independiente de la gravedad, permitiendo su uso en cualquier plano, incluso boca abajo. Sin embargo, en su configuración fundamental (como se muestra en la Figura 4.3.10), también hay una limitación: el rango de movimiento está restringido por el rango lineal del resorte, y los límites de la deformación del resorte. Figure 4.3.10 - Tipos de medidores de flujo de vapor Sin embargo, otra característica importante también se revela: si el área de paso (el área entre el flotador y el tubo) aumenta a una velocidad apropiada, entonces la presión diferencial a través del medidor de flujo de área variable cargado por resorte puede ser directamente proporcional al flujo.

Para recapitular algunas declaraciones anteriores Con medidores de flujo de placas de orificio:

  • A medida que la tasa de flujo aumenta, también lo hace la presión diferencial.
  • Midiendo esta diferencia de presión es posible calcular el caudal a través del medidor de flujo.
  • El área de paso (por ejemplo, el tamaño del agujero en la placa de orificio) permanece constante. Con cualquier tipo de medidor de flujo de área variable:
  • La presión diferencial permanece casi constante a medida que el caudal varía.
  • El caudal se determina a partir de la posición del flotador.
  • El área de paso (el área entre el flotador y el tubo) a través del cual pasa el flujo aumenta con el aumento del flujo. La Figura 4.3.11 compara estos dos principios. Figure 4.3.11 - Tipos de medidores de flujo de vapor El principio de área variable cargado por resorte es un híbrido entre estos dos dispositivos, y ya sea:
  • El desplazamiento del flotador - Opción 1 o
  • La presión diferencial - Opción 2 …puede usarse para determinar el caudal a través del medidor de flujo.

En la Opción 1 (determinar el desplazamiento del flotador o ‘aleta’). Esto puede desarrollarse para sistemas de vapor:

  • Usando un resorte de torsión para dar un mejor rango operativo.
  • Usando un sistema de bobinas para determinar con precisión el ángulo de la ‘aleta’ que se desplaza cuando el vapor fluye a través del medidor de flujo. Figure 4.3.12 - Tipos de medidores de flujo de vapor En la Opción 2 (Figura 4.3.13), es decir, determinar la presión diferencial, este concepto puede desarrollarse aún más dando forma al flotador para proporcionar una relación lineal entre la presión diferencial y el caudal. Ver Figura 4.3.13 para un ejemplo de un medidor de flujo de área variable cargado por resorte midiendo presión diferencial. El flotador se denomina cono debido a su forma. Figure 4.3.13 - Tipos de medidores de flujo de vapor Ventajas de un medidor de flujo de área variable cargado por resorte (SLVA):
  • Turndown alto, hasta 100:1.
  • Buena precisión ±1% de la lectura para la unidad de tubería.
  • Compacto - una unidad wafer DN100 requiere solo 60 mm entre bridas.
  • Adecuado para muchos fluidos. Desventajas de un medidor de flujo de área variable cargado por resorte:
  • Puede ser costoso debido a los accesorios requeridos, como la celda DP y la computadora de flujo. Aplicaciones típicas para un medidor de flujo de área variable cargado por resorte:
  • Medición de flujo de sala de calderas.
  • Medición de flujo de plantas grandes. Para asegurar que un medidor de flujo logre su rendimiento óptimo, la instalación correcta es esencial.

La Figura 4.3.14 ilustra una estación típica de medición de flujo de vapor usando un medidor SLVA e identifica las otras partes componentes recomendadas que se requieren para un rendimiento óptimo. Vale la pena notar que cada aplicación es diferente y que otros medidores de flujo pueden requerir partes componentes alternativas a las ilustradas en la Figura 4.3.14. Figure 4.3.14 - Tipos de medidores de flujo de vapor Medidor de flujo de Área Variable objetivo (TVA) El medidor de flujo TVA opera según el bien establecido principio de área variable cargado por resorte (SLVA), donde el área de un orificio anular se varía continuamente por un cono móvil de forma precisa.

Este cono es libre de moverse axialmente contra la resistencia de un resorte.

Sin embargo, a diferencia de otros medidores SLVA, el TVA no depende de la medición de la caída de presión diferencial a través del medidor de flujo para calcular el flujo, midiendo en su lugar la fuerza causada por la deflexión del cono a través de una serie de galgas extensométricas de extremadamente alta calidad. Cuanto mayor sea el flujo de vapor, mayor será la fuerza. Esto elimina la necesidad de transmisores de presión diferencial costosos, reduciendo los costos de instalación y los problemas potenciales (Figura 4.3.15).

El TVA tiene un sensor de temperatura interno, que proporciona compensación completa de densidad para aplicaciones de vapor saturado. Figure 4.3.15 - Tipos de medidores de flujo de vapor El medidor de flujo de vapor TVA (Figura 4.3.15) tiene una incertidumbre del sistema (precisión) de acuerdo con EN ISO / IEC 17025, de:

• ±2% del flujo real con una confianza del 95% sobre un rango del 10% al 100% del flujo nominal máximo.

• ±0.2% FSD con una confianza del 95% del 2% al 10% del flujo nominal máximo.

Como el TVA es una unidad autocontenida, la incertidumbre citada es para el sistema completo. Muchos medidores de flujo citan una incertidumbre de unidad de tubería, pero, para el sistema completo, los valores individuales de incertidumbre de cualquier equipo asociado, como celdas DP, deben tenerse en cuenta.

El turndown de un medidor de flujo es la relación del caudal máximo al mínimo sobre el cual cumplirá con su rendimiento especificado, o su rango operativo. El medidor TVA tiene una alta relación de turndown de hasta 50:1, dando un rango operativo de hasta el 98% de su flujo máximo. Figure 4.3.16 - Tipos de medidores de flujo de vapor Orientaciones de flujo La orientación del medidor TVA puede tener un efecto en el rendimiento operativo. Instalado en tubería horizontal, el TVA tiene un límite de presión de vapor de 32 bar g, y un turndown de 50:1. Como se muestra en la Figura 4.3.17, si el TVA se instala con una dirección de flujo vertical, el límite de presión se reduce debido a la pérdida del sello de agua que protege la electrónica de la temperatura del vapor.

Además, la relación de turndown se reducirá si el flujo es vertical hacia arriba. Esto se debe a que el peso del cono hace que se asiente contra el orificio a flujos más bajos. Una vez que el cono está en ese punto, el sensor no puede detectar con precisión ninguna reducción adicional en el flujo. Figure 4.3.17 - Tipos de medidores de flujo de vapor Medidores de flujo ultrasónicos El principio de operación de un medidor de flujo ultrasónico de ‘tiempo de tránsito’ se basa en medir el tiempo que toma a los pulsos de ultrasonido pasar entre dos transductores adheridos a la tubería del fluido que se está monitoreando. (Figura 4.3.18). Cada transductor dispara alternativamente pulsos de ultrasonido donde el tiempo que toma a cada pulso alcanzar al otro transductor está afectado por la velocidad del fluido que fluye a través de la tubería. Conociendo esta información, puede calcularse la velocidad del flujo, llevando a los caudales volumétrico y másico del fluido que se está monitoreando. Esto se cubre con más detalle en el Módulo 4.2 - Principios de medición de flujo. Figure 4.3.18 - Tipos de medidores de flujo de vapor Una aplicación típica para medidores de flujo ultrasónicos es el monitoreo energético, donde los Detectores de Temperatura de Resistencia (RTD) forman parte del ensamblaje del transductor. Los RTD miden la temperatura del líquido que fluye, permitiendo calcular la tasa de energía que fluye a través de la tubería, usando la ecuación siguiente: Equation 432 - Tipos de medidores de flujo de vapor Uno de los mayores beneficios de un medidor de flujo ultrasónico es que los transductores o RTD se montan externamente. Esto significa que no hay instalación invasiva que requiera generación de tubería o paradas de la tubería. Además, sin partes o componentes móviles en el flujo que se está midiendo, no hay problemas relacionados con corrosión y erosión, minimizando así los requisitos de mantenimiento. Cualquier mantenimiento que se requiera puede realizarse sin necesidad de detener la tubería.

Los medidores de flujo ultrasónicos son los más adecuados para monitorear líquidos, como medir el retorno de condensado. El fluido que pasa a través de la tubería que se está midiendo debe ser de una sola fase, en otras palabras, la línea debe estar llena. Los medidores de flujo ultrasónicos no pueden medir con precisión una mezcla de agua y vapor o aire, por ejemplo. Ventajas de los medidores de flujo ultrasónicos:

  • Instalación rápida y simple, sin tiempo de inactividad de la planta, ya que todos los componentes se montan externamente.
  • Medición de flujo bidireccional.
  • Altamente precisos (hasta 1% del caudal).
  • Pueden usarse para medir flujo de energía.
  • La conductividad del fluido no es un problema.
  • Los fluidos corrosivos no son un problema.
  • Se puede lograr un turndown de 30:1 con la instalación correcta.
  • El costo de la unidad es independiente del tamaño de la tubería, haciéndolo comercialmente atractivo para tuberías más grandes. Desventajas de los medidores de flujo ultrasónicos:
  • Solo para líquidos de una sola fase.
  • Se requieren longitudes de tubería recta de 10-30D.
  • No tan precisos como los medidores de flujo en línea.
  • No son fiables si hay más del 5% de gas o vapor en la tubería. Aplicaciones típicas para medidores de flujo ultrasónicos:
  • Medición de flujo de líquidos: Como con todos los líquidos, se debe tener cuidado de remover aire y gases antes de que se midan. Si la unidad se usa para medición de flujo de condensado, es importante que la línea esté llena y no haya vapor vivo o flash presente.
  • Monitoreo energético para aplicaciones de calentamiento y refrigeración. Cada medidor de flujo ultrasónico opera dentro de fuerzas de señal mínimas y máximas para proporcionar lecturas de medición precisas. Si la fuerza de la señal es demasiado débil el medidor de flujo no detectará el flujo y si la fuerza de la señal excede la fuerza de señal máxima especificada la tubería se ‘inundará’ y la señal recibida resultará en una medición de flujo imprecisa. Para resultados óptimos la fuerza de la señal debe estar en el rango especificado por el fabricante. Medidores de flujo de desprendimiento de vórtices Estos medidores de flujo utilizan el hecho de que cuando un cuerpo no aerodinámico o ‘rompedor’ se coloca en un flujo de fluido, se desprenden vórtices regulares desde la parte posterior del cuerpo. Estos vórtices pueden detectarse, contarse y mostrarse. Sobre un rango de flujos, la tasa de desprendimiento de vórtices es proporcional al caudal, y esto permite medir la velocidad.

El cuerpo rompedor causa un bloqueo alrededor del cual el fluido tiene que fluir. Forzando al fluido a fluir alrededor de él, el cuerpo induce un cambio en la dirección del fluido y por tanto en la velocidad. El fluido que está más cerca del cuerpo experimenta fricción de la superficie del cuerpo y se desacelera. Debido a la reducción del área entre el cuerpo rompedor y el diámetro de la tubería, el fluido más lejano al cuerpo se ve obligado a acelerar para pasar el volumen necesario de fluido a través del espacio reducido. Una vez que el fluido ha pasado el cuerpo rompedor, busca llenar el espacio producido detrás de él, lo que a su vez causa un movimiento rotacional en el fluido creando un vórtice giratorio.

La velocidad del fluido producida por la restricción no es constante en ambos lados del cuerpo rompedor. A medida que la velocidad aumenta en un lado, disminuye en el otro. Esto también se aplica a la presión.

En el lado de alta velocidad la presión es baja, y en el lado de baja velocidad la presión es alta.

A medida que la presión intenta redistribuirse, la región de alta presión moviéndose hacia la región de baja presión, las regiones de presión intercambian lugares y se producen vórtices de diferentes fuerzas en lados alternos del cuerpo.

La frecuencia de desprendimiento y la velocidad del fluido tienen una relación casi lineal cuando se cumplen las condiciones correctas. Figure 4.3.19 - Tipos de medidores de flujo de vapor

La frecuencia de desprendimiento es proporcional al número de Strouhal (Sr), la velocidad del flujo, y el inverso del diámetro del cuerpo rompedor. Estos factores se resumen en la Ecuación 4.3.3. Equation 433 - Tipos de medidores de flujo de vapor El número de Strouhal se determina experimentalmente y generalmente permanece constante para un amplio rango de números de Reynolds; lo que indica que la frecuencia de desprendimiento no se verá afectada por un cambio en la densidad del fluido, y que es directamente proporcional a la velocidad para cualquier diámetro de cuerpo rompedor dado. Por ejemplo: Equation 43a - Tipos de medidores de flujo de vapor Entonces el caudal volumétrico qv en una tubería puede calcularse como se muestra en la Ecuación 4.3.4: Equation 434 - Tipos de medidores de flujo de vapor Ventajas de los medidores de flujo de desprendimiento de vórtices:

  • Turndown razonable (siempre que se acepten velocidades altas y caídas de presión altas).
  • Sin partes móviles.
  • Poca resistencia al flujo. Desventajas de los medidores de flujo de desprendimiento de vórtices:
  • A flujos bajos, no se generan pulsos y el medidor puede leer bajo o incluso cero.
  • Los caudales máximos a menudo se citan a velocidades de 80 o 100 m/s, lo que daría problemas severos en sistemas de vapor, especialmente si el vapor está húmedo y/o sucio. Las velocidades más bajas encontradas en tuberías de vapor reducirán la capacidad de los medidores de flujo de vórtices.
  • La vibración puede causar errores en la precisión.
  • La instalación correcta es crítica ya que una junta que sobresalga o cordones de soldadura pueden causar que se formen vórtices, llevando a imprecisiones.
  • Se deben proporcionar largas longitudes de tubería aguas arriba, como para los medidores de flujo de placa de orificio. Aplicaciones típicas para medidores de flujo de desprendimiento de vórtices:
  • Mediciones directas de vapor tanto en calderas como en puntos de uso.
  • Mediciones de gas natural para flujo de combustible de caldera. Figure 4.3.20 - Tipos de medidores de flujo de vapor