Medidores de caudal de vórtice

Medidor de Vazão Vortex: Princípio de Funcionamento e Aplicações

1. Princípio de Funcionamento

O medidor de vazão vortex opera com base no fenômeno da rua de vórtices de Kármán. Quando um fluido passa por um corpo rombudo (gerador de vórtices), vórtices alternados são gerados a jusante. A frequência desses vórtices (F) é diretamente proporcional à velocidade do fluido (u), conforme descrito pela equação:

F = St cdot frac{u}{d}

F: Frequência de desprendimento de vórtices (Hz)

St: Número de Strouhal (adimensional, tipicamente 0,17–0,22 para fluxo estável)

u: Velocidade média do fluido (m/s)

d: Largura do corpo rombudo (m)

O número de Strouhal (St) permanece constante dentro de uma faixa específica do número de Reynolds (Re), garantindo a linearidade entre a frequência e a vazão.

2. Parâmetros Chave

(1) Faixa do Número de Reynolds (Re)

Re = frac{rho u D}{mu}

Faixa de Medição Estável: 2×10⁴ ≤ Re ≤ 7×10⁶

Abaixo de Re < 2×10⁴: St varia, tornando a medição não confiável.

Acima de Re > 7×10⁶: A turbulência pode causar instabilidade em St.

(2) Métodos de Detecção de Vórtices

Sensores Piezoelétricos: Detectam flutuações de pressão causadas por vórtices.

Sensores Térmicos: Medem as variações de temperatura do desprendimento de vórtices.

Sensores Ultrassônicos/Capacitivos: Detecção de frequência sem contato.

3. Vantagens

✅ Sem Peças Móveis: Desgaste mínimo, longa vida útil.

✅ Ampla Relação de Redução (1:10 a 1:30): Adequado para taxas de vazão variáveis.

✅ Baixa Queda de Pressão: Eficiente em termos de energia em comparação com placas de orifício.

✅ Compatibilidade Versátil de Fluidos: Funciona com líquidos, gases e vapor.

4. Limitações

❌ Sensibilidade à Vibração: Vibrações externas podem interferir na precisão do sinal.

❌ Velocidade Mínima de Vazão Necessária: Tipicamente >0,5 m/s para líquidos, >3 m/s para gases.

❌ Requisitos de Trecho Reto de Tubulação: Seções retas a montante/jusante necessárias para fluxo estável.

5. Aplicações

Medição de Vazão de Vapor (por exemplo, caldeiras, sistemas HVAC)

Monitoramento de Ar Comprimido/Gás

Processos Químicos e Petroquímicos

Tratamento de Água/Esgoto

6. Saída de Sinal e Calibração

Saída de Pulso/Frequência: Diretamente proporcional à vazão.

Saída Analógica de 4–20 mA: Para integração com sistemas de controle.

Calibração: Realizada usando água ou ar, com St ajustado para fluidos específicos.

Conclusão

Os medidores de vazão vortex oferecem alta confiabilidade, baixa manutenção e ampla aplicabilidade para medição de vazão industrial. Seu desempenho depende da instalação adequada e da operação dentro da faixa estável de Re. Os avanços futuros se concentram na compensação de vibração e na sensibilidade estendida a baixas vazões.