Os medidores de caudal de vórtice tornaram-se uma escolha popular para uma vasta gama de aplicações no que diz respeito à medição de caudal. Este guia fornecerá uma compreensão aprofundada dos medidores de caudal de vórtice, incluindo os seus princípios de funcionamento, tipos, vantagens, limitações e várias aplicações.
Se também estiver interessado em medidores de caudal magnéticos, aqui está o post sobre o assunto: O que é o medidor de caudal eletromagnético e como funciona
Índice
O que é um medidor de caudal Vortex?
Um medidor de caudal de vórtice é um tipo de dispositivo de medição de caudal que mede o caudal volumétrico de fluidos, tais como líquidos, gases e vapor, através da deteção de vórtices provenientes de um corpo de bluff inserido no fluxo de caudal. Estes medidores são conhecidos pela sua precisão, fiabilidade e capacidade de medir uma vasta gama de caudais, tornando-os adequados para várias indústrias, incluindo petróleo e gás, processamento químico, gestão de água e águas residuais e produção de energia.
Princípios de funcionamento dos medidores de caudal de vórtice
O funcionamento de um medidor de caudal de vórtice baseia-se no fenómeno conhecido como efeito von Kármán. Quando um fluido passa por um corpo de blefe - um objeto não aerodinâmico - são gerados vórtices alternadamente em ambos os lados do corpo. Estes vórtices formam um padrão repetitivo conhecido como rua de vórtices de Kármán. A frequência com que estes vórtices são libertados é diretamente proporcional à velocidade do fluxo do fluido.
A relação fundamental entre a frequência de formação de vórtices (f), a velocidade do fluido (V) e as caraterísticas do corpo do bluff é dada pelo número de Strouhal (St):
Ao medir a frequência da formação de vórtices, o medidor de caudal calcula a velocidade do fluido. Multiplicando esta velocidade pela área da secção transversal do tubo, obtém-se o caudal volumétrico. A maioria dos medidores de caudal de vórtice utiliza sensores piezoeléctricos, capacitivos ou ultra-sónicos para detetar as oscilações de pressão causadas pela passagem dos vórtices.
Tipos de medidores de caudal de vórtice
Os medidores de caudal de vórtice podem ser classificados em vários tipos com base na sua conceção, instalação e caraterísticas específicas. Eis os tipos mais comuns:
- Medidores de caudal de vórtice em linha:
Estes são os tipos mais comuns de medidores de fluxo de vórtice, em que o medidor é instalado diretamente na tubagem. O corpo do bluff e os sensores são integrados no corpo do medidor de caudal, que é dimensionado para se adaptar a um diâmetro específico da tubagem. São adequados para medições de caudal precisas em tubagens pequenas e grandes.
- Medidores de caudal de vórtice de inserção:
Os medidores de caudal de vórtice de inserção têm um design de sonda, em que o corpo do bluff e o sensor são inseridos na tubagem através de uma pequena abertura. Estes medidores são normalmente utilizados em grandes condutas onde a instalação de um medidor em linha seria impraticável ou dispendiosa. São económicos e adequados para medir o caudal em grandes condutas com uma vasta gama de diâmetros.
- Medidores de caudal de vórtice com pinça:
Estes são medidores de caudal de vórtice não intrusivos que são fixados no exterior do tubo. Utilizam sensores ultra-sónicos para detetar o derramamento de vórtice e são ideais para aplicações em que o fluxo não pode ser interrompido ou em que o material do tubo não pode ser penetrado. São normalmente utilizados em configurações temporárias de medição de caudal ou na adaptação de sistemas existentes.
Vantagens dos medidores de caudal de vórtice
Os medidores de caudal de vórtice oferecem várias vantagens que os tornam uma escolha preferida em muitas aplicações industriais:
- Versatilidade:
Os medidores de caudal Vortex podem medir o caudal de líquidos, gases e vapor, o que os torna versáteis para várias aplicações.
- Elevada precisão e repetibilidade:
Estes medidores fornecem medições de caudal precisas e repetíveis com um desvio mínimo ao longo do tempo, tornando-os fiáveis para processos críticos.
- Manutenção reduzida:
Sem partes móveis, os medidores de caudal de vórtice requerem menos manutenção em comparação com outros medidores de caudal, como os medidores de turbina ou de deslocamento positivo. Isto também reduz o risco de desgaste, aumentando a sua vida útil.
- Vasta gama de caudais:
Os medidores de caudal de vórtice são capazes de medir uma vasta gama de caudais, de velocidades baixas a altas, o que os torna adequados para diferentes requisitos industriais.
- Não afetado pelas propriedades do fluido:
A precisão da medição dos medidores de caudal de vórtice não é significativamente afetada por alterações nas propriedades do fluido, como a viscosidade, densidade ou temperatura, tornando-os robustos para condições de processo variáveis.
- Adequado para aplicações de alta temperatura e alta pressão:
Muitos caudalímetros de vórtice são concebidos para suportar temperaturas e pressões elevadas, o que os torna ideais para aplicações que envolvam vapor e fluidos quentes.
Limitações dos medidores de caudal de vórtice
Apesar das suas inúmeras vantagens, os medidores de caudal de vórtice têm algumas limitações que devem ser consideradas ao seleccioná-los para uma aplicação específica:
- Requisitos de caudal mínimo:
Os medidores de caudal de vórtice têm um limiar de caudal mínimo abaixo do qual não conseguem medir o caudal com precisão. Isto torna-os inadequados para caudais muito baixos ou aplicações em que o caudal pode ser intermitente ou extremamente baixo.
- Sensibilidade à vibração:
Estes medidores podem ser sensíveis a vibrações na tubagem, o que pode causar erros na medição do caudal. A instalação e o suporte adequados são necessários para minimizar o impacto das vibrações.
- Queda de pressão:
A presença de um corpo de blefe na corrente de fluxo cria uma queda de pressão, que pode ser uma preocupação em algumas aplicações. Esta queda de pressão é normalmente pequena, mas deve ser tida em conta em sistemas sensíveis a perdas de pressão.
- Requisitos para tubos rectos:
Para obter medições precisas, os medidores de caudal de vórtice requerem um determinado comprimento de tubo reto a montante e a jusante do medidor. Este facto pode limitar a sua instalação em espaços onde não estão disponíveis tubagens rectas.
- Não adequado para fluidos de alta viscosidade:
Os medidores de caudal de vórtice não são ideais para medir o caudal de fluidos altamente viscosos, uma vez que a formação de vórtices é dificultada pela elevada viscosidade, conduzindo a medições imprecisas.
Aplicações dos medidores de caudal de vórtice
Os medidores de caudal Vortex são utilizados numa vasta gama de indústrias devido à sua versatilidade e fiabilidade. Algumas das aplicações mais comuns incluem:
- Indústria do petróleo e do gás:
Os medidores de caudal Vortex são amplamente utilizados na indústria do petróleo e do gás para medir o caudal de gás natural, vapor e líquidos em vários processos. São particularmente úteis na medição do caudal de vapor para processos de recuperação de petróleo melhorados.
- Indústria química e petroquímica:
Nas fábricas de produtos químicos, os medidores de caudal de vórtice são utilizados para a medição do caudal de vários produtos químicos, gases e líquidos. A sua robustez e compatibilidade com diferentes tipos de fluidos tornam-nos uma excelente escolha para essas aplicações.
- Gestão da água e das águas residuais:
Os medidores de caudal Vortex são normalmente utilizados em estações de tratamento de água e de águas residuais para medir o caudal de água, lamas e outros líquidos. São especialmente úteis para monitorizar o caudal em grandes tubagens e canais abertos.
- AVAC e automação de edifícios:
Nos sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), os medidores de caudal de vórtice são utilizados para medir o caudal de água, vapor e ar para uma gestão eficiente da energia e otimização do sistema.
- Produção de energia:
Os medidores de caudal Vortex são amplamente utilizados em centrais eléctricas para medir o caudal de vapor e água de arrefecimento, bem como de gás natural, em turbinas e caldeiras. São particularmente eficazes em aplicações de alta temperatura e alta pressão.
- Indústria alimentar e de bebidas:
Na indústria alimentar e de bebidas, os medidores de caudal de vórtice são utilizados para medir o caudal de líquidos como água, sumos e outros fluidos. São preferidos pelos seus designs sanitários e compatibilidade com processos de limpeza no local (CIP).
- Indústria farmacêutica:
Os medidores de caudal Vortex são utilizados para medir o caudal de vários líquidos e gases em processos de fabrico farmacêutico. A sua precisão e fiabilidade ajudam a manter um controlo preciso do caudal de fluidos em aplicações críticas.
Os medidores de caudal vortex são uma ferramenta valiosa nas aplicações industriais modernas devido à sua versatilidade, precisão e fiabilidade. Com a capacidade de medir o caudal de líquidos, gases e vapor, oferecem uma série de vantagens, incluindo baixa manutenção, elevada precisão e adequação a ambientes agressivos. No entanto, é essencial considerar as suas limitações, como a sensibilidade às vibrações e a necessidade de caudais mínimos, ao selecionar um caudalímetro de vórtice para uma aplicação específica.
De um modo geral, os medidores de caudal de vórtice continuam a ser uma escolha popular para a medição do caudal em várias indústrias, desde o petróleo e o gás até aos produtos alimentares e bebidas. Ao compreenderem os seus princípios de funcionamento, tipos, vantagens e limitações, as indústrias podem tirar partido destes dispositivos para obterem uma medição de caudal eficiente e precisa, assegurando um controlo e desempenho ideais do processo.
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