Los medidores de flujo tipo vortex para sistemas de vapor operan con el principio de que cuando un fluido contornea un obstáculo, efectos relacionados con la viscosidad producen secuencialmente torbellinos después del mismo.
Se pueden detectar, contar y visualizar estos torbellinos. Poseen una frecuencia proporcional a la velocidad del fluido dividida por la anchura del obstáculo. En realidad, se está midiendo la velocidad.
El obstáculo está colocado para que cause un bloqueo al fluido que tiene que contornear el obstáculo. Al forzar al fluido alrededor del obstáculo, la velocidad del fluido experimenta un cambio. El fluido cercano al obstáculo experimenta fricción de la superficie del obstáculo y reduce su velocidad.
Debido a la reducción del área, se acelera el fluido que está más alejado del obstáculo para que pueda pasar la suficiente cantidad de fluido por el obstáculo. Una vez que el fluido ha pasado el cuerpo, se mueve para rellenar el espacio muerto que se ha producido detrás de él que a su vez produce un movimiento rotatorio en el fluido creando un vórtice.
La velocidad del fluido producida por el obstáculo no es constante en ambos lados del cuerpo del obstáculo. Según aumenta la velocidad en un lado disminuye en el otro. Lo mismo sucede con la presión. En el lado de alta velocidad la presión es baja y en el lado de baja velocidad la presión es alta. La presión procura redistribuirse, la zona de alta presión se mueve hacia la zona de baja presión, las zonas de presión cambian de lugar y se producen vórtices a ambos lados del obstáculo.
La frecuencia de los torbellinos y la velocidad del fluido tienen una relación casi lineal cuando se encuentran las condiciones adecuadas. La frecuencia de los torbellinos es proporcional al número de Stronhal, la velocidad del fluido y la inversa del diámetro del obstáculo. Estos factores se resumen en la siguiente ecuación:
Entonces el caudal qv en la tubería se puede calcular como se muestra en la siguiente ecuación:
Ventajas de los medidores de flujo tipo vortex para sistemas de vapor
- Rango razonable (siempre que sean aceptables altas velocidades y altas caídas de presión).
- No tienen partes móviles.
- Poca resistencia al flujo.
Inconvenientes de los medidores de flujo tipo vortex para sistemas de vapor
- Con caudales bajos, no se generan impulsos y el medidor puede dar lecturas bajas e incluso cero.
- A menudo citan velocidades máximas de 80 o 100 m/s que darían problemas graves en sistemas de vapor, especialmente si el vapor está sucio y/o húmedo. Bajas velocidades que se encuentran en tuberías de vapor reducirán la capacidad de los medidores de caudal vortex.
- Las vibraciones pueden causar errores en la precisión.
- Una instalación correcta es fundamental, ya que una junta mal colocada o restos de soldadura pueden producir torbellinos que causarían lecturas imprecisas.
- Se requieren tramos largos de tubería sin obstáculos aguas arriba, igual que las placas orificio.
Aplicaciones típicas de los medidores de flujo tipo vortex para sistemas de vapor
- Mediciones directas del vapor en la caldera y puntos finales de uso.
- Mediciones de gas natural para flujo de combustible de caldera.
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Uso de los tubos de Pitot para sistemas de vapor
