Sensores Vortex para medidores de vazão

Os medidores de vazão Vortex consistem em diversos componentes, incluindo tubo de medição, gerador de vórtices, sensor, pré-amplificador e componentes eletrônicos do medidor (consulte a Fig. 1). Na maioria dos medidores disponíveis no mercado, os sensores não têm partes móveis. Portanto, não estão sujeitos a desgaste e não precisam de manutenção.

Os dois designs mais comuns do corpo do medidor Vortex são aqueles com flanges e aqueles sem flanges. O design sem flange é conhecido como tipo wafer e é projetado para instalação entre dois flanges de tubulação. Alguns designs tipo wafer têm um comprimento total padronizado de 65 mm (2,5"), o que permite que eles substituam diretamente os conjuntos de orifícios.

A linha padrão disponível no mercado abrange diâmetros nominais de DN 15 a 300 (1/2 a 12“), com algumas versões de até DN 400 (16”). As classificações de pressão podem ser de até PN 250 (ANSI Classe 1500). As frequências de vórtice de diâmetros nominais maiores que DN 300 (12") são muito baixas, e é necessário um processamento de sinal poderoso para obter um sinal estável. Para aplicações de grande diâmetro, os medidores de vórtice são relativamente caros em comparação com as placas com orifícios. Muitos fabricantes também oferecem designs para temperaturas muito baixas ou muito altas (–200 a +450 °C / –330 a +842 °F).

Equipamentos com componentes eletrônicos e dois sensores independentes constituem um caso especial (Fig. 1). Esse design é usado principalmente em indústrias em que a medição com redundância é considerada importante.

Os vórtices produzidos pelo gerador de vórtices criam flutuações locais de pressão no fluxo que podem ser medidas por uma variedade de sensores e convertidas em sinais elétricos. Os tipos de sensores preferidos pelos fabricantes individuais variam muito e incluem sensores capacitivos, piezoresistivos, ultrassônicos, termistores, mecânicos, de pressão e extensômetros. Na maioria dos casos, o sensor é integrado ao gerador de vórtices ou situado imediatamente atrás dele. A maioria dos sensores atuais mede o desprendimento de vórtices de forma capacitiva ou piezoelétrica.

Os sensores DSC (Differential Switched Capacitor - sensores capacitivos diferenciais comutados) usados pela Endress+Hauser têm um sensor em forma de pá que se projeta atrás do gerador de vórtices (Fig. 2). Essa pá (a) transmite as flutuações de pressão do vórtice para um eletrodo central em forma de manga (c) que forma os capacitores C1 e C2 junto com o eletrodo externo (d), que consiste em duas meias-conchas. A alteração na largura da lacuna produz uma alteração periódica na capacitância que é proporcional ao diferencial de pressão do vórtice, que é processado pelos componentes eletrônicos do medidor. O balanceamento mecânico do sensor faz com que esses sistemas de medição praticamente não sejam afetados pelas vibrações da tubulação.

As principais vantagens do sensor DSC são:

• Resistência a choques de temperatura, por exemplo, em aplicações criogênicas (consulte a Fig. 3) ou em sistemas de vapor. O sensor DSC de aço inoxidável não tem peças móveis ou componentes muito sensíveis e é extremamente robusto.
• Resistência a golpes de aríete, por ex., em sistemas de vapor.
• Não é afetado pelas vibrações da tubulação. A distância entre o eletrodo central e os eletrodos externos não é influenciada pelos efeitos de aceleração causados pelas vibrações. A pá do sensor e o eletrodo central são exatamente balanceados, de modo que as forças de aceleração produzidas pelas vibrações sempre atuam no centro de gravidade do sistema do sensor e, consequentemente, não geram sinais adicionais relacionados à vibração.
• Praticamente não é afetado por materiais estranhos, pois o sensor DSC é instalado livremente no tubo de medição. Na pior das hipóteses, depósitos na própria pá do sensor podem produzir uma redução mínima na faixa de medição (turndown), mas não influenciam a precisão da medição.