Misuratori di flusso a vortice

Misuratore di portata a vortice: Principio di funzionamento e applicazioni

1. Principio di funzionamento

Il misuratore di portata a vortice funziona in base al fenomeno della scia di vortici di Kármán. Quando un fluido scorre oltre un corpo tozzo (generatore di vortici), a valle si generano vortici alternati. La frequenza di questi vortici (F) è direttamente proporzionale alla velocità del fluido (u), come descritto dall'equazione:

F = St cdot frac{u}{d}

F: Frequenza di rilascio dei vortici (Hz)

St: Numero di Strouhal (adimensionale, tipicamente 0,17–0,22 per flusso stabile)

u: Velocità media del fluido (m/s)

d: Larghezza del corpo tozzo (m)

Il numero di Strouhal (St) rimane costante all'interno di un intervallo specifico del numero di Reynolds (Re), garantendo la linearità tra frequenza e portata.

2. Parametri chiave

(1) Intervallo del numero di Reynolds (Re)

Re = frac{rho u D}{mu}

Intervallo di misurazione stabile: 2×10⁴ ≤ Re ≤ 7×10⁶

Sotto Re < 2×10⁴: St varia, rendendo la misurazione inaffidabile.

Sopra Re > 7×10⁶: La turbolenza può causare instabilità di St.

(2) Metodi di rilevamento dei vortici

Sensori piezoelettrici: Rilevano le fluttuazioni di pressione causate dai vortici.

Sensori termici: Misurano le variazioni di temperatura dovute al rilascio dei vortici.

Sensori a ultrasuoni/capacitivi: Rilevamento della frequenza senza contatto.

3. Vantaggi

✅ Nessuna parte in movimento: usura minima, lunga durata.

✅ Ampio rapporto di riduzione (1:10 a 1:30): Adatto a portate variabili.

✅ Bassa caduta di pressione: Efficienza energetica rispetto alle piastre a orifizio.

✅ Compatibilità versatile con i fluidi: Funziona con liquidi, gas e vapore.

4. Limitazioni

❌ Sensibilità alle vibrazioni: Le vibrazioni esterne possono interferire con l'accuratezza del segnale.

❌ Velocità minima del flusso richiesta: Tipicamente >0,5 m/s per i liquidi, >3 m/s per i gas.

❌ Requisiti di tratto rettilineo della tubazione: Sezioni rettilinee a monte/a valle necessarie per un flusso stabile.

5. Applicazioni

Misurazione della portata del vapore (ad es. caldaie, sistemi HVAC)

Monitoraggio dell'aria compressa/gas

Processi chimici e petrolchimici

Trattamento delle acque/acque reflue

6. Uscita del segnale e calibrazione

Uscita a impulsi/frequenza: Direttamente proporzionale alla portata.

Uscita analogica 4–20 mA: Per l'integrazione con i sistemi di controllo.

Calibrazione: Eseguita utilizzando acqua o aria, con St regolato per fluidi specifici.

Conclusione

I misuratori di portata a vortice offrono alta affidabilità, bassa manutenzione e ampia applicabilità per la misurazione della portata industriale. Le loro prestazioni dipendono da una corretta installazione e dal funzionamento all'interno dell'intervallo Re stabile. I futuri progressi si concentrano sulla compensazione delle vibrazioni e sulla maggiore sensibilità alle basse portate.