Medidores de flujo de vórtice

Caudalímetro de Vortex: Principio de Funcionamiento y Aplicaciones

1. Principio de Funcionamiento

El caudalímetro de vortex funciona basándose en el fenómeno de la calle de vórtices de Kármán. Cuando un fluido fluye a través de un cuerpo romo (generador de vórtices), se generan vórtices alternos aguas abajo. La frecuencia de estos vórtices (F) es directamente proporcional a la velocidad del fluido (u), como se describe en la ecuación:

F = St cdot frac{u}{d}

F: Frecuencia de desprendimiento de vórtices (Hz)

St: Número de Strouhal (adimensional, típicamente 0.17–0.22 para flujo estable)

u: Velocidad media del fluido (m/s)

d: Ancho del cuerpo romo (m)

El número de Strouhal (St) permanece constante dentro de un rango específico del número de Reynolds (Re), asegurando la linealidad entre la frecuencia y el caudal.

2. Parámetros Clave

(1) Rango del Número de Reynolds (Re)

Re = frac{rho u D}{mu}

Rango de Medición Estable: 2×10⁴ ≤ Re ≤ 7×10⁶

Por debajo de Re < 2×10⁴: St varía, lo que hace que la medición no sea fiable.

Por encima de Re > 7×10⁶: La turbulencia puede causar inestabilidad en St.

(2) Métodos de Detección de Vórtices

Sensores Piezoeléctricos: Detectan las fluctuaciones de presión causadas por los vórtices.

Sensores Térmicos: Miden las variaciones de temperatura del desprendimiento de vórtices.

Sensores Ultrasónicos/Capacitivos: Detección de frecuencia sin contacto.

3. Ventajas

✅ Sin Partes Móviles: Desgaste mínimo, larga vida útil.

✅ Amplio Rango de Medición (1:10 a 1:30): Adecuado para caudales variables.

✅ Baja Caída de Presión: Eficiente energéticamente en comparación con las placas de orificio.

✅ Compatibilidad Versátil con Fluidos: Funciona con líquidos, gases y vapor.

4. Limitaciones

❌ Sensibilidad a la Vibración: Las vibraciones externas pueden interferir con la precisión de la señal.

❌ Velocidad Mínima de Flujo Requerida: Típicamente >0.5 m/s para líquidos, >3 m/s para gases.

❌ Requisitos de Tramos Rectos de Tubería: Se necesitan tramos rectos aguas arriba/aguas abajo para un flujo estable.

5. Aplicaciones

Medición de Flujo de Vapor (por ejemplo, calderas, sistemas HVAC)

Monitoreo de Aire Comprimido/Gas

Procesos Químicos y Petroquímicos

Tratamiento de Agua/Aguas Residuales

6. Salida de Señal y Calibración

Salida de Pulso/Frecuencia: Directamente proporcional al caudal.

Salida Analógica de 4–20 mA: Para la integración con sistemas de control.

Calibración: Se realiza utilizando agua o aire, con St ajustado para fluidos específicos.

Conclusión

Los caudalímetros de vortex ofrecen alta fiabilidad, bajo mantenimiento y amplia aplicabilidad para la medición de flujo industrial. Su rendimiento depende de una instalación adecuada y del funcionamiento dentro del rango estable de Re. Los avances futuros se centran en la compensación de vibraciones y la sensibilidad extendida a bajo flujo.