Modelos, Ventajas, Desventajas y Aplicaciones de flujometros VORTEX

Los caudalímetros Vortex constan de diversos componentes, que incluyen el tubo de medición, el cuerpo sólido, el sensor, el preamplificador y la electrónica del contador (véase la Fig. abajo). En la mayoría de contadores, los sensores no tienen partes móviles, por lo que no se desgastan ni se requiere ningún tipo de mantenimiento.

Los dos caudalímetros Vortex más comunes son los de brida y los que no son de brida. Estos últimos se conocen como contadores para instalación entre bridas (modelo «sandwich» o «wafer») y están diseñados para ser instalados entre dos bridas de tubería. Algunos modelos para instalación entre bridas tienen una longitud total estandarizada de 65 mm (2,5″), lo cual les permite sustituir directamente grupos de disco de diafragma completos.

El campo de valores de medida estándar disponible en el mercado abarca diámetros nominales desde DN 15 hasta 300 (desde 1 /2 hasta 12″), y algunas versiones alcanzan hasta DN 400 (16″). Los rangos para la presión pueden llegar hasta PN 250 (ANSÍ Clase 2500). Las frecuencias de desprendimiento de vórtices para diámetros nominales superiores a DN 300 (12″) son muy bajas y requieren un cierto tratamiento de la señal para conseguir una señal estable. Para aplicaciones con diámetros grandes, los caudalímetros Vortex son relativamente caros en comparación con los de disco de diafragma. Muchos fabricantes ofrecen también modelos para temperaturas muy altas o muy bajas (de -200 a +400 °C / de -330 a +750 °F).

Los dispositivos con dos sensores y electrónicas independientes constituyen un caso especial (Fig. siguiente). Este modelo se emplea principalmente en industrias en que las mediciones redundantes se consideran importantes.

Fig. :   «Caudalímetros de vórtices Prowirl» de E+H (dispositivo a dos hilos). Izquierda: Versión con brida. Centro: Versión «wafer» para instalación entre bridas. Derecha: Versión bidíreccional con dos sensores y electrónicas

Sensores para la medición

Para medir la fluctuaciones locales de la presión en el caudal originadas por los vórtices generados en el cuerpo sólido y convertirlas en señales eléctricas existen varios tipos de sensores. Cada fabricante recomienda su tipo de sensor favorito de entre la amplia gama de los que existen, que incluyen sensores de tipo capacitivo, piezo-resistivo, por ultrasonidos, termistores, mecánicos y de presión y tensiones. En la mayoría de casos, el sensor está integrado en el mismo cuerpo sólido o bien se sitúa inmediatamente detrás. Hoy en día, la mayoría de sensores hoy miden el desprendimiento de vórtices con sensores de tipo capacitivo o piezo-eléctrico.

Sensores DSC (differential switched capacitor):

Los sensores DSC (conmutadores de capacitancia diferencial) que utiliza E+H consisten en un sensor en forma de pala que penetra en el interior del cuerpo sólido (Fig. abajo). Esta pala (a) transmite las fluctuaciones de presión debidas a los vórtices a un electrodo central en forma de manguito (c) que junto con el electrodo externo (d), conforman los condensadores C1 y C2 semilaminares. Una variación en la amplitud de separación de las dos láminas provoca una variación de la capacitancia proporcional a la presión diferencial originada por el vórtice, que cambia periódicamente y es procesada por la electrónica del contador. Estos sistemas de medición son altamente insensibles a las vibraciones de la tubería por el hecho de hallarse el sensor en equilibrio mecánico.

Fig. 57: Diseño de un sensor DSC de E+H. a = Pala del sensor, b = Punto focal del sistema sensor, c = Electrodo central, d = Electrodo externo

A continuación mencionamos las principales ventajas de los sensores DSC:

– Son resistentes a las variaciones extremas de temperatura, por ejemplo, en las aplicaciones de criogenia o en sistemas de tratamiento de vapor. Los sensores DSC de acero inoxidable no tienen partes móviles ni componentes excesivamente sensibles, por lo que resultan extremadamente robustos.

– Son resistentes ante las ráfagas de flujos pulsantes, por ejemplo, en sistemas de vapor.

– Son insensibles a las vibraciones de la tubería. Las aceleraciones debidas a las vibraciones no tienen efecto sobre la distancia entre el electrodo central y los electrodos exteriores. La pala del sensor y el electrodo central se hallan en equilibrio relativo y las fuerzas de aceleración debidas a las vibraciones actúan siempre sobre el centro de gravedad del sistema sensor, por lo que las vibraciones no generan señales adicionales.

– Son bastante insensibles a la presencia de cuerpos extraños, porque el sensor DSC está montado libremente en el tubo de medición. En el peor de los casos, las deposiciones sobre la propia pala del sensor podrían provocar una ligera reducción (turndown) del campo de los valores de medida, pero no afectarían a la exactitud de la medición.

Ventajas e inconvenientes

Ventajas:

– Son de aplicación universal para medición de caudales volumétricos de vapor, líquidos y gases.

– Resultan prácticamente insensibles a los cambios de presión, temperatura y viscosidad.

– Su instalación es simple.

– Ofrecen un amplio rango de diámetros nominales, de DN15 (1/2″) a 300 (12″); y hasta DN450 (18″) a petición.

– Presentan un campo reducido grande, típicamente de 1:10 a 1:30 para gases/vapor o 1:40 para líquidos.

– Las pérdidas de carga son bajas (típicamente 30 mbar).

– Sin partes móviles.

– Amplio rango de temperaturas: -200 a +400 °C (-330 a +750 °F).

– El comportamiento lineal de la frecuencia es independiente de las condiciones del proceso y del fluido.

– Presentan una alta estabilidad a largo plazo (su parámetro K se mantiene durante toda la vida útil), no experimentan desviaciones del punto cero.

– La exactitud de medición puede alcanzar valores tan buenos como ±0,75% v.l. con líquidos, y +l°/o vi con gases (Re > 20.000).

– Su reproducibilidad está entre el 0,2 y el 0,3%.

Inconvenientes:

– Los flujos pulsantes y los vórtices afectan negativamente a la exactitud de la medición.

– Según el tipo de accesorio que pueda haber corriente arriba, se necesitan tramos de entrada y de salida largos.

– No sirven para fluidos altamente viscosos.

– No pueden medir velocidades del fluido demasiado bajas (Re < 4.000).

Aplicaciones Comunes

Los caudalímetros Vortex se emplean en numerosos ámbitos de la industria para medir caudales volumétricos de vapor, Líquidos y gases. Estos contadores son cada vez más habituales en aplicaciones que anteriormente contaban con caudalímetros de presión diferencial, como por ejemplo de disco de diafragma. Esta tendencia se mantiene aún, por dos razones: los caudalímetros Vortex son más fáciles de instalar y además tienen un campo reducido (turndown) más amplio.

Medición de caudales de vapor:

Desde la década de los años ochenta del siglo XX, los caudalímetros Vortex han adquirido gran popularidad, en particular en todos los sectores industriales de medición de caudales de vapor. Los caudalímetros Vortex miden solamente caudales volumétricos, pero los sistemas de vapor suelen transportar además una cierta proporción de contenido masivo y energético, de modo que estos contadores se suelen emplear en combinación con un sensor de presión y/o temperatura y un contador de flujo energético.

Fig. : Aplicación de vapor. Foto: caudalímetro Vortex en una tubería aislada.

Medición de caudales líquidos:

En contraste con los contadores magnéticos, los caudalímetros Vortex permiten determinar el caudal de fluidos no conductores o sólo ligeramente conductores como hidrocarburos o agua desmineralizada, agua condensada o agua de alimentación de una caldera. También se pueden emplear en condiciones de altas presiones y de temperaturas mucho más altas que los contadores magnéticos.

Medición de caudales de gas:

En aplicaciones de esta naturaleza, los caudalímetros Vortex hallan un amplio uso en la medición de caudales de aire comprimido, de gas natural o de componentes individuales del aire como nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, hidrocarburos, etc. .