Che cos'è un misuratore di portata a vortice?

Un misuratore di portata a vortice è un tipo di misuratore di portata volumetrica che sfrutta un fenomeno naturale che si verifica quando un liquido scorre attorno a un oggetto smussato. I misuratori di portata a vortice funzionano secondo il principio del distacco di vortici, in cui i vortici (o mulinelli) vengono dispersi alternativamente a valle dell'oggetto. La frequenza del distacco di vortici è direttamente proporzionale alla velocità del liquido che scorre attraverso il misuratore.

I misuratori di portata Vortex sono particolarmente adatti per misurazioni di portata in cui l'introduzione di parti in movimento presenta problemi. Sono disponibili in versione industriale, in ottone o interamente in plastica. La sensibilità alle variazioni delle condizioni di processo è bassa e, grazie all'assenza di parti in movimento, l'usura è relativamente bassa rispetto ad altri tipi di misuratori di portata.

Progettazione del misuratore di portata a vortice

Un misuratore di portata a vortice è in genere realizzato in acciaio inossidabile 316 o Hastelloy e comprende un corpo smussato, un gruppo sensore a vortice e l'elettronica del trasmettitore, sebbene quest'ultima possa essere montata anche a distanza (Figura 2). Sono in genere disponibili con flange da ½ pollice a 12 pollici. Il costo di installazione dei misuratori a vortice è competitivo con quello dei misuratori a orifizio di dimensioni inferiori a 6 pollici. I misuratori con corpo wafer (senza flangia) hanno il costo più basso, mentre i misuratori flangiati sono preferiti se il fluido di processo è pericoloso o ad alta temperatura.

Sono state sperimentate diverse forme e dimensioni del corpo smussato (quadrato, rettangolare, a T, trapezoidale) per ottenere le caratteristiche desiderate. I test hanno dimostrato che la linearità, la bassa limitazione del numero di Reynolds e la sensibilità alla distorsione del profilo di velocità variano solo leggermente con la forma del corpo smussato. Per quanto riguarda le dimensioni, il corpo smussato deve avere una larghezza pari a una frazione sufficientemente grande del diametro del tubo da consentire all'intero flusso di partecipare al distacco. In secondo luogo, il corpo smussato deve presentare bordi sporgenti sulla faccia a monte per fissare le linee di separazione del flusso, indipendentemente dalla portata. In terzo luogo, la lunghezza del corpo smussato nella direzione del flusso deve essere un certo multiplo della sua larghezza.

Oggi, la maggior parte dei misuratori a vortice utilizza sensori piezoelettrici o capacitivi per rilevare le oscillazioni di pressione attorno al corpo smussato. Questi rilevatori rispondono alle oscillazioni di pressione con un segnale di uscita a bassa tensione con la stessa frequenza dell'oscillazione. Questi sensori sono modulari, economici, facilmente sostituibili e possono funzionare in un'ampia gamma di temperature, dai liquidi criogenici al vapore surriscaldato. I sensori possono essere posizionati all'interno o all'esterno del corpo del misuratore. I sensori bagnati sono sollecitati direttamente dalle fluttuazioni di pressione del vortice e sono racchiusi in custodie temprate per resistere agli effetti della corrosione e dell'erosione.

I sensori esterni, in genere estensimetri piezoelettrici, rilevano il distacco dei vortici indirettamente attraverso la forza esercitata sulla barra di distacco. I sensori esterni sono preferiti in applicazioni altamente erosive/corrosive per ridurre i costi di manutenzione, mentre i sensori interni offrono una migliore escursione (migliore sensibilità al flusso). Sono anche meno sensibili alle vibrazioni delle tubazioni. L'alloggiamento dell'elettronica è solitamente classificato come antideflagrante e resistente alle intemperie e contiene il modulo trasmettitore elettronico, le connessioni di terminazione e, facoltativamente, un indicatore di portata e/o un totalizzatore.

Stili di misuratori di portata a vortice

I misuratori di portata intelligenti forniscono un segnale di uscita digitale contenente più informazioni della semplice portata. Il microprocessore nel misuratore di portata può correggere automaticamente condizioni di tubazione non sufficientemente rettilinee, differenze tra il diametro del foro e quello del flusso.

Applicazioni e limitazioni

I misuratori a vortice non sono generalmente consigliati per il dosaggio in batch o altre applicazioni a flusso intermittente. Questo perché la portata a goccia impostata sulla stazione di dosaggio può scendere al di sotto del limite minimo del numero di Reynolds del misuratore. Minore è il dosaggio totale, maggiore è la probabilità che l'errore risultante sia significativo.

I gas a bassa pressione (bassa densità) non producono un impulso di pressione sufficientemente forte, soprattutto se la velocità del fluido è bassa. Pertanto, è probabile che in tali servizi la rangeability del misuratore sia scarsa e che le basse portate non siano misurabili. D'altra parte, se una rangeability ridotta è accettabile e il misuratore è correttamente dimensionato per una portata normale, il misuratore di portata a vortice può comunque essere preso in considerazione.