Medidores de vazão tipo vórtice

História dos medidores de vazão de vórtice

Em 1878, enquanto investigava o fenômeno pelo qual um fio esticado em um fluxo de ar produz som, o físico tcheco Vincenc Strouhal descobriu que a frequência de formação de vórtices é proporcional à velocidade do fluxo. Em 1911, o matemático e físico húngaro Theodore von Kármán demonstrou teoricamente que, quando um objeto é colocado em um fluido, vórtices são gerados espontaneamente, alternadamente em ambos os lados de sua esteira, um fenômeno conhecido como rua de vórtices de Kármán. Com base nessas descobertas, foi estabelecido o princípio de calcular a velocidade e a vazão do fluxo medindo-se o número de vórtices gerados. No final da década de 1960, avançaram as pesquisas sobre a aplicação desse princípio à medição industrial, levando à concretização prática do medidor de vórtices de Kármán (medidor de vazão vortex) que conhecemos hoje.

História dos medidores de vazão do tipo vórtice da Yokogawa

Após ter desenvolvido a tecnologia para medir a geração de vórtices, a Yokogawa Electric Works, Ltd. lançou, em 1969, o primeiro medidor de vazão do tipo vórtice de inserção do mundo para chaminés de queima. Em 1979, lançamos o medidor de vazão de vórtice de uso geral YEWFLO Modelo A. Em 1981, lançamos o YEWFLO Modelo C, que serviu de base para a atual estrutura de detecção. Em 1992, lançamos o YEWFLO Tipo E, que se destacava pela resistência ao ruído. Em 2000, lançamos a série digitalYEWFLO, que conta com nossa tecnologia proprietária de processamento de sinal digital (SSP) e resistência aprimorada à vibração. Essa série digitalYEWFLO marcou uma nova etapa pioneira para a medidor de vazão vortex devido às suas funções de remoção automática de ruído e funções de diagnóstico.
Além disso, para atender às diversas necessidades e apoiar as aplicações de nossos clientes, a série YEWFLO tem evoluído continuamente. Em 2002, lançamos o modelo com sensor de temperatura integrado, capaz de medir o fluxo de vapor saturado com uma única unidade. Em 2006, introduzimos o modelo com diâmetro reduzido para tubulações inteligentes. Além disso, em 2012, lançamos modelos de grande diâmetro (até 400 mm), expandindo ainda mais a linha de produtos, e, em 2022, lançamos a mais recente série VY, dando continuidade à história do medidor de vazão vortex da YOKOGAWA.
As vendas de mais de 500.000 unidades são uma prova da tecnologia de medição acumulada ao longo de muitos anos pela Yokogawa e da alta qualidade de seus produtos.

Princípio de medição dos medidores de vazão de vórtice

Já abordamos a história dos medidores de vazão de vórtice. A página a seguir apresenta uma explicação detalhada do princípio de medição.

> Noções básicas sobre medidores de vazão de vórtice: princípio de medição e fluidos medidos
* Disponível em “Recursos” (Tutoriais).

Simulação de fluidos na geração de vórtices de Karman

Para quais aplicações os medidores de vazão de vórtice são adequados?

Os medidores de vazão do tipo vórtice são aparelhos altamente versáteis, capazes de medir líquidos, gases e vapor em uma ampla faixa de temperaturas e pressões. Por isso, são amplamente utilizados tanto para fluidos de processo — utilizados como produtos finais ou matérias-primas em processos de fabricação — quanto para fluidos de utilidade que dão suporte às operações da fábrica.

• Líquidos: Água industrial, Água de resfriamento, Óleo combustível, Líquidos químicos, Água pura, Nitrogênio líquido
• Gases: Ar comprimido, Gás combustível, Nitrogênio, Ar/oxigênio
• Vapor: Vapor saturado, Vapor superaquecido

Nos últimos anos, a aplicação de medidores de fluxo de vapor (medidor de vazão vortex) tem se expandido para a visualização do consumo de energia de fluidos de serviço, como água, combustível, ar e vapor, com o objetivo de melhorar a eficiência energética, reduzir custos e gerenciar as emissões de CO₂. Além disso, mesmo em aplicações em que as vazões de vapor variam amplamente, dependendo de processos em lote ou das condições operacionais da linha, a ampla faixa de medição (faixa de vazão mensurável) dos medidores de vazão de fluxo de fio de medidor de vazão vortex permite que eles abranjam uma ampla gama de medições de vazão com apenas uma única unidade.

Diferenças entre medidores de vazão de vórtice e outros medidores de vazão

Apresentamos brevemente as principais diferenças entre o medidor de vazão do tipo “medidor de vazão vortex” e outros três tipos representativos de medidores de vazão.

Vantagens dos medidores de vazão do tipo vórtice em relação aos medidores de vazão por pressão diferencial

• Não são necessárias estruturas de regulação, como placas de orifício, o que resulta em uma perda de pressão relativamente baixa.
• Não são necessários equipamentos adicionais, como linhas de impulso e blocos de três válvulas, o que resulta em menores necessidades de manutenção.
• Graças à ampla faixa de medição e à frequência do vórtice proporcional à vazão, os dados de medição são fáceis de processar.

Vantagens dos medidores de vazão de vórtice em relação aos medidores de vazão magnéticos

• Meça gases e vapor, além de líquidos.
• Medir líquidos com baixa condutividade elétrica, como água pura e óleos.
• Meça fluidos de alta temperatura, criogênicos e de alta pressão, como vapor superaquecido, gás natural liquefeito (GNL) e nitrogênio líquido.

Vantagens dos medidores de vazão de vórtice em relação aos medidores de vazão mássica de Coriolis

• Uma ampla gama de condições de medição, como vapor e ar comprimido, combinada com uma ampla variedade de tamanhos de conexão, permite a medição de diversos fluidos de serviço
• Uma estrutura simples reduz o peso e o espaço de instalação, minimiza a perda de pressão e oferece alta durabilidade
• Um custo inicial relativamente baixo por instrumento permite a instalação em vários pontos para aplicações de gerenciamento de energia, o que, por sua vez, contribui para uma melhor visualização das condições gerais da planta

Qual é o comprimento necessário do tubo reto para um medidor de vazão do tipo vórtice?

Para estabilizar a turbulência do fluxo, são necessários determinados comprimentos nos lados a montante e a jusante de um medidor de vazão vortex. Esses trechos são chamados de comprimentos de tubo reto, e a distância necessária é denominada comprimento de tubo reto necessário. Detalhes sobre os comprimentos de tubo reto são explicados nas páginas a seguir.

> Comprimentos necessários de tubulação reta para medidores de vazão do tipo vórtice
* Disponível em Recursos (Tutoriais).

Simulação animada da turbulência do fluxo em um tubo com dupla curva

Uma ampla linha de produtos para diversas aplicações

Our vortex flowmeters support customers in various situations based on the Total Insight concept. In addition, we offer optimal solutions with a wide product lineup that supports flow measurement of liquids, gases, and steam. It's simple and rugged structure with no moving parts offers high reliability and durability.
For more detail information, please check the page of Vortex flowmeter VY Series.

Tipo geral: O modelo padrão dos nossos medidores de vazão de vórtice

O modelo “General Type” é o modelo padrão da nossa linha “medidor de vazão vortex” e é adequado para uma ampla gama de aplicações. Também está disponível o modelo “Long Neck Type”, adequado para trabalhos de isolamento térmico.

Tipo de sensor de temperatura integrado: medição simultânea da vazão e da temperatura do fluido

O modelo com sensor de temperatura integrado possui um sensor de temperatura (Pt1000) embutido na barra “vortex shedder”, permitindo a medição simultânea da vazão e da temperatura do fluido. Isso o torna o modelo mais adequado para aplicações com vapor. Com base na temperatura medida, ele pode calcular a vazão mássica e o conteúdo energético do vapor saturado, permitindo a visualização do consumo de vapor, o que, por sua vez, contribui para a redução dos custos de energia e das emissões de CO₂. Também está disponível o modelo de pescoço longo, adequado para trabalhos de isolamento térmico.

Tipo para altas temperaturas/criogênico: medição em fluidos de alta temperatura e criogênicos

O modelo do tipo alta temperatura/criogênico é capaz de realizar medições em fluidos de alta temperatura e criogênicos. É adequado para medir vapor superaquecido de alta temperatura utilizado em aplicações como processamento de alimentos (incluindo secagem, aquecimento e esterilização), componentes automotivos e de maquinário (aquecimento rápido e uniforme, prevenção de oxidação e processos de aquecimento e limpeza), bem como para a medição de fluidos criogênicos, como gás natural liquefeito (GNL).

Tipo de diâmetro reduzido: Tubo de fluxo integrado a tubos de redução/expansão

O modelo com diâmetro reduzido é um modelo no qual tanto o lado a montante quanto o lado a jusante da unidade sensora estão integrados a um redutor (tubo de redução/expansão). É ideal para aplicações com vapor saturado que apresentam grandes variações sazonais de vazão e para processos em lotes, nos quais a medição de vazão é necessária apenas quando necessário, além de suportar a medição de baixas vazões.
Como o redutor e o medidor de vazão de vórtice estão integrados, não são necessários tubos de redução, tubos de expansão nem tubos curtos para garantir trechos retos de tubulação, o que ajuda a simplificar o trabalho de instalação e reduzir custos. A segurança é aprimorada, pois há menos pontos de conexão.

Tipo de alta pressão: medição estável em fluidos de processo agressivos sob alta pressão

O modelo de alta pressão é capaz de realizar medições estáveis mesmo em condições adversas de alta pressão. É adequado para uso em aplicações que envolvem gases de alta pressão e vapor de alta pressão que não podem ser tratados por modelos padrão, tais como linhas de transporte de gás natural, gasodutos de alta pressão, linhas de vapor de alta pressão em refinarias de petróleo e fábricas de produtos químicos, e caldeiras de alta pressão.

Tipo com dois sensores: oferece redundância para uma confiabilidade ainda maior

O modelo com sensor duplo é um modelo no qual duas unidades de medidor de vazão de vórtice são dispostas em série e integradas em um único projeto soldado. Como cada unidade mede a vazão de forma independente, a configuração dupla oferece redundância para uma confiabilidade ainda maior. Além disso, o modelo do tipo com sensor duplo pode suportar com flexibilidade a operação em sistemas separados de controle e segurança, bem como com diferentes protocolos de comunicação. Sua estrutura soldada integrada oferece excelente facilidade de instalação e reduz o risco de vazamento de fluido ao minimizar os pontos de conexão. Como resultado, melhora a confiabilidade do sistema. Também está disponível o modelo de pescoço longo, adequado para trabalhos de isolamento térmico.

Tipo de pescoço longo: Adequado para isolamento térmico e facilidade de aplicação

O modelo “Long Neck” é um modelo projetado com um pescoço mais longo do que o padrão medidor de vazão vortex. Esse tipo melhora o isolamento, por exemplo, em linhas de vapor, para evitar a perda de energia térmica na tubulação. É compatível com o modelo “General” e com o modelo com sensor de temperatura embutido.

Tipo remoto: instalação flexível com sensor e transmissor separados

O modelo remoto possui um sensor e um transmissor separados, que podem ser instalados por meio de um cabo de conexão. É adequado para aplicações em que o transmissor precisa ser instalado em um local seguro, como em linhas com altas temperaturas ou altas vibrações, ou em áreas perigosas. O modelo remoto está disponível para todos os tipos.

Total Insight – Um conceito de produto para apoiar os clientes ao longo de todo o ciclo de vida do produto

O Total Insight é um conceito comum aos produtos de campo da Yokogawa que oferece suporte aos clientes ao longo de todo o ciclo de vida do produto. Ao proporcionar novo valor por meio de tecnologia e conhecimento de ponta, o objetivo é otimizar os custos ao longo de todo o ciclo de vida.

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Redução das horas de trabalho de engenharia e dos custos de “Aquisição”

Nossos medidores de vazão medidor de vazão vortex suportam uma ampla faixa de vazão e estão em conformidade com diversas normas internacionais. Além disso, incorporam várias funções de cálculo integradas e atendem a diversas necessidades de medição de vazão.

Tempo de inicialização reduzido

A tecnologia exclusiva da Yokogawa captura com precisão os sinais de vazão, proporcionando uma medição estável da vazão com alta resistência à vibração.
Além disso, os parâmetros do dispositivo são configurados na fábrica antes do envio, de modo que o dispositivo está pronto para uso assim que for instalado.

Maior eficiência operacional e redução de erros

O Total Insight possui uma função de autodiagnóstico para todo o dispositivo. Com a manutenção remota, é possível verificar o estado do dispositivo a partir de um local remoto, como uma sala de instrumentos. Além disso, é possível realizar manutenção preditiva planejada (Manutenção Baseada na Condição: CBM).^＊1  

*1: Requer a ferramenta de verificação do medidor de vazão magnético/medidor de vazão de vórtice FSA130 (apenas para comunicação HART).

Maior eficiência nas operações de manutenção

As anomalias podem ser facilmente identificadas por meio das funções de diagnóstico. Além disso, quando for necessário remover a barra “vortex shedder”, ela pode ser facilmente desmontada de seu corpo, que possui uma estrutura exclusiva.

Recomendado para os seguintes usuários

• Aqueles que desejam adquirir um medidor de vazão de um fabricante confiável e com histórico comprovado.
• Aqueles que desejam adotar medidores de vazão que ofereçam excelente robustez e Estabilidade de longa duração e sejam de fácil manutenção.
• Aqueles que procuram medidores de vazão adequados para aplicações relacionadas ao vapor, como vapor saturado, vapor superaquecido e processos em lote.
• Aqueles que desejam melhorar a eficiência energética, reduzir custos e gerenciar as emissões de CO₂ com vistas ao desenvolvimento futuro de fábricas inteligentes, e que também buscam visualizar o consumo de fluidos de serviço, como água, combustível, ar e vapor.