¿Qué es un Caudalímetro Vortex?
Los caudalímetros vortex son dispositivos utilizados para medir el caudal de fluidos mediante el fenómeno conocido como vórtice de Karman.
El vórtice de Karman se produce cuando un objeto colocado en el flujo del fluido genera una serie de vórtices aguas abajo. Estos vórtices se generan de manera periódica y su frecuencia está relacionada con la velocidad del flujo.
Los caudalímetros vortex son conocidos por su construcción sencilla y robusta. Ofrecen una buena precisión en la medición del caudal y tienen un amplio rango de aplicabilidad, ya que son compatibles con una variedad de fluidos.
Estos dispositivos son ampliamente utilizados en diversas industrias, como la industria química, petroquímica, de alimentos y bebidas, entre otras, donde es necesario medir con precisión el caudal de los fluidos.
Usos de los Caudalímetros Vortex
Las principales aplicaciones de los caudalímetros vortex son:
- Medición del caudal de tuberías de vapor
- Medición de la recuperación de condensado
- Medición del suministro de agua de calderas
- Control de motores de automóviles
- Control del caudal de agua de refrigeración en enfriadores
Los caudalímetros vortex pueden medir gas, líquido y vapor, por lo que pueden utilizarse en todos los escenarios de medición de caudal.
Una precaución es seleccionar un tamaño de orificio adecuado para la generación de vórtices, ya que no se pueden realizar mediciones sin generación de vórtices. En el rango de caudal bajo, no se generará el vórtice de Karman y no se podrá medir el caudal.
Principios de los Caudalímetros Vortex
Los caudalímetros vortex miden el caudal contando los vórtices de Kalman. Como la frecuencia del vórtice de Kalman es proporcional a la velocidad del caudal, ésta puede determinarse colocando en la tubería un obstáculo generador de vórtices y contando los vórtices que se generan.
La fórmula específica se explica a continuación.
Si la frecuencia del vórtice es f (Hz), la longitud representativa del cuerpo generador de vórtices es d (m) y la velocidad del flujo es v (m/s),
f = S/v/d
La ecuación f = S/v/d se establece como sigue donde S es una constante de proporcionalidad denominada número de Strouhal. Este número viene determinado por la forma y las dimensiones del generador de vórtices.
El caudal Q (m3/s), si la sección transversal de la tubería es A (m2),
Q = A-v = A-f-d/S = K-f
y el caudal puede determinarse a partir de la frecuencia si se determina previamente la constante de proporcionalidad K entre caudal y frecuencia.
Los generadores de vórtice reales pueden tener forma triangular, plana o trapezoidal, considerándose la forma trapezoidal la más precisa. El vórtice se detecta convirtiendo la fuerza generada por el vórtice en una señal eléctrica mediante un sensor (elemento piezoeléctrico o galga extensométrica semiconductora), que se amplifica mediante un transductor y se extrae como señal de impulsos o señal analógica.
Más Información sobre Caudalímetros Vortex
1. Longitud de Tubo Recto de Caudalímetros Vortex
Es importante tener en cuenta que tanto los caudalímetros de presión diferencial como los caudalímetros coriolis presentan ciertas limitaciones y consideraciones adicionales.
El caudalímetro de presión diferencial se basa en la medición de la diferencia de presión entre dos puntos en la tubería. Aunque su construcción es relativamente sencilla, la precisión de la medición puede ser menor en comparación con otros tipos de caudalímetros.
Por otro lado, los caudalímetros coriolis aprovechan el efecto de la fuerza de Coriolis que actúa sobre un fluido en movimiento. Sin embargo, su uso está limitado a ciertos tipos de fluidos, lo que puede restringir su aplicabilidad en algunas industrias.
En el caso de los caudalímetros vortex, la medición se basa en los cambios de presión generados por los vórtices de Karman aguas abajo de los objetos instalados en la sección de detección. Estos caudalímetros pueden utilizarse para medir líquidos, sólidos y gases, y se destacan por su sencillez.
Es importante tener en cuenta que para obtener mediciones precisas, es necesario contar con una sección de tubería recta aguas arriba del caudalímetro vortex. Esto se debe a que el flujo turbulento o una distribución no uniforme de la velocidad en la tubería pueden afectar la precisión de la medición. Además, se recomienda evitar la presencia de elementos como válvulas, termómetros o manómetros que sobresalgan en la tubería, ya que podrían interferir con la medición. La longitud requerida de la sección de tubo recto dependerá del diseño específico de la tubería y las características del fluido.
2. Caudalímetros Vortex y Vapor de Agua
Los caudalímetros de presión diferencial se utilizan a menudo para medir el caudal de vapor. Los caudalímetros de presión diferencial tienen un mecanismo sencillo, pero su precisión de caudal es inferior a la de otros caudalímetros.
En estos casos, pueden utilizarse caudalímetros vortex para medir el caudal de vapor con buena precisión.
En el caso del vapor, la densidad varía con la temperatura y la presión. Los caudalímetros vortex no sólo miden el caudal con gran precisión, sino que algunos instrumentos también están equipados con un sensor de temperatura que permite la conversión a caudal másico.
Además, los caudalímetros vortex son más adecuados que los caudalímetros de presión diferencial, principalmente porque en las calderas el vapor es vapor húmedo. Sin embargo, los efectos de la temperatura, la presión y la sequedad de este vapor húmedo pueden dar lugar a una baja precisión incluso en los caudalímetros vortex.
Los caudalímetros vortex para vapor llevan incorporado un sensor de sequedad en la sección de detección, diseñado para permitir la conversión de caudales másicos.