Flussimetri elettronici

Sebbene le tecnologie di misurazione della portata discusse in questo capitolo (magnetiche, a vortice e a ultrasuoni) non siano né esclusivamente né esaustivamente di natura elettronica, esse rappresentano comunque un raggruppamento logico delle tecnologie di misurazione della portata. Tutte sono prive di parti mobili (beh, forse vibranti), sono relativamente non invasive e sono rese possibili

dalla sofisticata tecnologia di elettronica odierna. Flussometri magnetici , ad esempio, sono quelli di natura più direttamente elettrica, poiché i loro principi di funzionamento derivano dalla legge di Faraday. I misuratori a vortice si basano su sensori piezoelettrici per rilevare i vortici generati da una barra fissa. Gli odierni misuratori di portata

a ultrasuoni devono

il loro successo applicativo alla sofisticata elaborazione del segnale digitale . Flussometri magnetici Il funzionamento dei flussometri magnetici si basa sulla legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica. I misuratori magnetici possono rilevare solo il flusso di fluidi conduttivi. I primi modelli di misuratori magnetici richiedevano una conduttività fluidica

minima di 1-5 microsiemens per centimetro per il loro funzionamento. I modelli più recenti hanno ridotto tale requisito di cento volte, portandolo tra 0,05 e 0,1. Il flussometro magnetico è costituito da un tubo non magnetico rivestito con un materiale isolante. Una coppia di bobine magnetiche è posizionata come mostrato nella Figura 4-1 e una coppia di elettrodi penetra nel tubo e nel suo rivestimento. Se un fluido conduttivo scorre attraverso un tubo di diametro (D) attraverso una densità di campo magnetico (B) generato dalle bobine, la quantità di tensione (E) sviluppata tra gli elettrodi, come previsto dalla legge di Faraday, sarà



proporzionale alla velocità (V) del liquido. Poiché la densità del campo magnetico e il diametro del tubo sono valori fissi, possono essere combinati in un fattore di calibrazione (K) e l'equazione si riduce a: E = KV Le differenze di velocità in diversi punti del profilo di flusso sono

compensate da

un fattore di ponderazione del segnale. La compensazione è fornita anche dalla forma delle bobine magnetiche, in modo che il flusso magnetico sia maggiore dove il fattore di ponderazione del segnale è più basso e viceversa. < 1% dell'intervallo: breve-descrizione-immagine Figura 4-1 I produttori determinano il fattore K di ciascun misuratore magnetico mediante la calibrazione con acqua di ciascun tubo di flusso.

Il valore K così ottenuto è valido per qualsiasi altro liquido conduttivo ed è lineare su tutta la gamma del misuratore di portata. Per questo motivo, i tubi di flusso vengono solitamente calibrati a una sola velocità. I misuratori magnetici possono misurare il flusso in entrambe le direzioni, poiché l'inversione di direzione modifica la polarità ma non l'ampiezza

del segnale. Il

valore K ottenuto dalla prova con acqua potrebbe non essere valido per i fluidi non newtoniani (con viscosità dipendente dalla velocità) o per i fanghi magnetici (quelli contenenti particelle magnetiche). Questi tipi di liquidi possono influenzare la densità del campo magnetico nel tubo. Per entrambi questi liquidi è necessario prendere in considerazione la calibrazione in linea e speciali tipi di sonda per la compensazione.

Eccitazione del misuratore magnetico La tensione di alimentazione che si sviluppa agli elettrodi è un segnale in millivolt. Questo segnale viene tipicamente convertito in una corrente standard (4-20 mA) o in un'uscita in frequenza (0-10.000 Hz) in corrispondenza o in prossimità del tubo di flusso. I trasmettitori magnetici intelligenti con uscite digitali consentono il collegamento diretto a un sistema di controllo distribuito. Poiché il segnale del misuratore magnetico è debole, il cavo di collegamento deve essere schermato e intrecciato se il trasmettitore è remoto. Le bobine del misuratore magnetico possono essere alimentate con corrente alternata o continua (Figura 4-2). In caso di utilizzo

Il rumore dell'eccitazione CA, la tensione di alimentazione viene applicata alle bobine magnetiche. Di conseguenza, anche il segnale di flusso (a flusso costante) avrà l'aspetto di un'onda sinusoidale. L'ampiezza dell'onda è proporzionale alla velocità. Oltre al segnale di flusso, nel circuito dell'elettrodo possono essere indotte tensioni di rumore.

fuori fase è facilmente filtrabile, ma il rumore in fase richiede l'arresto del flusso (con il tubo pieno) e l'azzeramento dell'uscita del trasmettitore. Il problema principale dei tipi di sonda magnetici a corrente alternata è che il rumore può variare a seconda delle condizioni di processo e che è necessario azzerare frequentemente il dispositivo per mantenerne

l'accuratezza. Nei tipi di sonda con eccitazione in corrente continua, per eccitare le bobine magnetiche viene utilizzato un impulso in corrente continua a bassa frequenza (7-30 Hz). In caso di eccitazione delle bobine (Figura 4-2), il trasmettitore legge sia il segnale di flusso che quello di rumore. Tra un impulso e l'altro, il trasmettitore rileva solo il segnale di rumore.



Pertanto, il rumore può essere eliminato in continuo dopo ogni ciclo. Figura 4-2 Ciò garantisce uno zero stabile ed elimina la deriva dello zero. Oltre ad essere più precisi e in grado di misurare flussi inferiori, i misuratori in corrente continua sono meno ingombranti, più facili

da installare, consumano meno energia e hanno un costo di proprietà inferiore rispetto ai misuratori in corrente alternata. Un nuovo modello

a corrente continua consuma molta più energia rispetto alle

generazioni precedenti e quindi crea un segnale del tubo di flusso più forte. Un altro nuovo modello utilizza uno schema di doppia eccitazione unico che genera

impulsi sulle bobine a 7 Hz per la stabilit di zero e

anche a 70 Hz per ottenere un segnale più forte. I trasmettitori dei misuratori magnetici possono essere alimentati con corrente alternata o continua. È disponibile anche un flussometro magnetico a corrente continua a due fili alimentato a loop in un design a sicurezza intrinseca, ma le sue prestazioni sono ridotte a causa delle limitazioni di potenza. Recentemente

sono stati introdotti

anche misuratori a corrente alternata pulsata, che eliminano i problemi di stabilità dello zero dei modelli tradizionali a corrente alternata. Questi dispositivi contengono circuiti che interrompono periodicamente l'alimentazione a corrente alternata, azzerando automaticamente gli effetti del rumore di processo sul segnale di uscita. Oggi, l'eccitazione in corrente continua è utilizzata in circa l'85% delle

installazioni, mentre i misuratori magnetici in corrente alternata rappresentano il restante 15% quando giustificato dalle seguenti condizioni: In caso di trascinamento dell'aria in grandi quantità nel flusso di processo In caso di flusso di processo che è un

impasto liquido e le dimensioni delle particelle solide non sono uniformi e/o la fase solida non è miscelata in modo omogeneo all'interno del liquido; oppure Quando il flusso pulsa a una frequenza inferiore a 15 Hz. Quando si verifica una delle tre condizioni sopra indicate, l'uscita di un misuratore a corrente

continua pulsata è soggetta a rumore. In alcuni casi è possibile ridurre al minimo il problema del rumore (mantenendo le fluttuazioni entro l'1% del setpoint) filtrando e applicando l'attenuazione al segnale di uscita. Se per eliminare il rumore è necessaria un'attenuazione superiore a 1-3 secondi, è sempre preferibile utilizzare un misuratore CA. Tubi di flusso, rivestimenti e sonde Le dimensioni faccia a faccia dei tubi di flusso flangiati (lunghezze di posa) soddisfano solitamente le raccomandazioni dell'Organizzazione internazionale per la normazione (ISO). Anche le dimensioni

dei

misuratori magnetici di forma corta soddisfano solitamente queste linee guida. I tubi di flusso magnetici e i rivestimenti sono disponibili in molti materiali e sono ampiamente utilizzati in tutte le industrie di processo, comprese quelle alimentari, farmaceutiche, minerarie e metallurgiche. Alcuni materiali di rivestimento (in particolare il PFA) possono essere danneggiati quando si utilizzano leve durante l'installazione o la rimozione dalle tubazioni di processo. Possono anche essere danneggiati da una coppia eccessiva dei bulloni della flangia. Sono disponibili protezioni per i rivestimenti che aiutano a prevenire tali danni. Qualsiasi tubo

le bobine di flusso può essere generalmente utilizzato con qualsiasi trasmettitore offerto dallo stesso produttore. A seconda della sua costruzione e delle sue caratteristiche, il costo di un flussometro magnetico da 2 pollici può variare da 1.500 a 5.000 dollari. Questo costo è in calo, ma è ancora superiore a quello dei sensori di flusso meno costosi. I flussometri magnetici possono anche essere confezionati come sonde e inseriti nei tubi di processo attraverso dei rubinetti. Queste sonde contengono sia gli elettrodi che

magnetiche. Il fluido

di processo in movimento induce una tensione agli elettrodi, che riflette la velocità alla punta della sonda e non la velocità media del fluido attraverso il tubo. Questi flussometri magnetici sono economici e retrattili. Pertanto, non è necessario interrompere il processo per installarli o rimuoverli. L'accuratezza di misurazione dipende in larga misura dal rapporto tra la velocità misurata e la velocità media nel tubo. Elettrodi Nei flussometri convenzionali,

gli elettrodi sono a contatto con il fluido di processo. Possono essere rimovibili o permanenti se prodotti da una goccia di platino liquido che si sinterizza attraverso un rivestimento in ceramica e si fonde con l'ossido di alluminio per formare una tenuta perfetta. Questo tipo di sonda è preferito per il suo basso costo, la sua resistenza all'abrasione e all'usura, la sua insensibilità alle radiazioni nucleari e la sua idoneità per applicazioni sanitarie, poiché non presenta cavità

in cui possano

proliferare i batteri. D'altra parte, il tubo di ceramica non tollera piegature, tensioni o raffreddamenti improvvisi e non è in grado di resistere agli acidi ossidanti o alle sostanze caustiche calde e concentrate. In un modello più recente con accoppiamento capacitivo vengono utilizzati elettrodi senza contatto. Questi modelli utilizzano aree di metallo inserite tra strati di materiale di rivestimento. Sono disponibili in dimensioni inferiori a otto pollici di diametro e con rivestimenti

in ceramica. I misuratori magnetici che utilizzano questi elettrodi senza contatto possono "leggere" liquidi con una conduttività 100 volte inferiore a quella richiesta per azionare i tubi di flusso convenzionali. Poiché l'elettrodo si trova dietro il rivestimento, questi modelli sono anche più adatti per applicazioni con rivestimenti severi. Figura 4-3 Sviluppi recenti In caso un flussometro magnetico sia dotato di un sensore di livello capacitivo incorporato nel rivestimento,

è possibile misurare anche la portata in tubi parzialmente pieni. In questo modello, gli elettrodi del flussometro magnetico sono situati nella parte inferiore del tubo (a circa 1/10 del diametro del tubo) in modo da rimanere coperti dal fluido. È prevista una compensazione per l'azione delle onde e una calibrazione per il funzionamento con tubo pieno, senza flusso (livello statico) e tubo parzialmente pieno. Un altro sviluppo recente è un flussometro magnetico con un tubo di flusso in acciaio al carbonio non rivestito. In questo tipo di

sonda, gli elettrodi di misurazione sono montati esternamente al tubo di flusso non rivestito e le bobine magnetiche generano un campo 15 volte più forte rispetto a un tubo convenzionale. Questo campo magnetico penetra in profondità nel fluido di processo (non solo

intorno all'elettrodo

come nelle sonde magnetiche standard). Il vantaggio principale è il basso costo iniziale e di sostituzione, poiché è necessario sostituire solo i sensori. Selezione e dimensionamento I flussometri magnetici sono in grado di rilevare il flusso di liquidi e fanghi puliti, multifase, sporchi, corrosivi, erosivi o viscosi, purché la loro conduttività superi la conduttività minima necessaria per il tipo di sonda specifico. L'imprecisione e la rangeabilità previste dei modelli migliori sono

comprese tra lo 0,2 e l'1% della portata, in un intervallo compreso tra 10:1 e 30:1, se la velocità del flusso supera 1 ft/sec. A velocità di flusso inferiori (anche inferiori a 0,1 ft/s), l'errore di misurazione aumenta, ma le letture rimangono ripetibili. È importante che la conduttività del fluido di processo sia uniforme. Se due liquidi vengono miscelati e la conduttività di un additivo è significativamente diversa da quella dell'altro fluido di processo, è importante che siano completamente miscelati prima che la miscela raggiunga il misuratore magnetico. Se la miscela non è uniforme, il segnale

La figura di uscita sarà disturbato. Per evitare ciò, è possibile eliminare le sacche di conduttività variabile installando un miscelatore statico a monte del misuratore magnetico. La dimensione del misuratore magnetico è determinata dalle tabelle o dai grafici di capacità pubblicati dal produttore.

4-3 fornisce

un nomogramma della capacità di flusso per dimensioni di linea da 0,1 pollici a 96 pollici. Per la maggior parte delle applicazioni, le velocità di flusso dovrebbero essere comprese tra 3 piedi/secondo e 15 piedi/secondo. Per i liquidi corrosivi, il range di velocità normale dovrebbe essere compreso tra 3 e 6 piedi/secondo. Se il tubo di flusso funziona in continuo al di sotto di 3 ft/sec, l'accuratezza di misurazione si deteriorerà, mentre il funzionamento in continuo che supera il limite superiore dell'intervallo di velocità normale

ridurrà la durata del misuratore. La natura priva di ostruzioni del misuratore magnetico riduce la probabilità di intasamento e limita la perdita di carico non recuperabile a quella di una lunghezza equivalente di tubo diritto. La bassa caduta di pressione è auspicabile perché riduce i costi di pompaggio e favorisce i sistemi di alimentazione per gravità. Applicazioni problematiche Il misuratore magnetico non

è in grado di distinguere l'aria intrappolata dal fluido di processo; pertanto, le bolle d'aria causeranno una lettura elevata del misuratore magnetico. Se l'aria intrappolata non è dispersa in modo omogeneo, ma assume la forma di grumi d'aria o grandi bolle d'aria (delle dimensioni dell'elettrodo), ciò renderà il segnale di uscita rumoroso o addirittura lo interromperà. Pertanto, nelle applicazioni dove

è probabile il trascinamento d'aria, il misuratore deve essere dimensionato in modo che la velocità del flusso in condizioni normali sia compresa tra 6 e 12 piedi/secondo. Il rivestimento degli elettrodi è un altro problema comune dei misuratori magnetici. L'accumulo di materiale sulle superfici interne del misuratore può isolare elettricamente gli elettrodi dal fluido di processo. Ciò può causare una perdita di segnale o un errore di misurazione, modificando il diametro del tubo di flusso o

causando spostamenti dell'intervallo e dello zero. Naturalmente, la soluzione migliore è la prevenzione. Una misura preventiva consiste nel dimensionare il misuratore in modo tale che, in condizioni di flusso normali, la velocità di flusso sia relativamente elevata: almeno 6-12 ft/sec, o quanto più elevata possibile tenendo conto della possibilità di erosione e corrosione. Un altro metodo di prevenzione consiste nell'utilizzare elettrodi che sporgono nel flusso per sfruttare la turbolenza e l'effetto di lavaggio. In condizioni di servizio più severe, è possibile installare un sistema di pulizia meccanica da utilizzare in modo intermittente o continuo per eliminare rivestimenti e accumuli. Figura 4-4 Installazione Il flussometro magnetico deve essere sempre pieno

all'aria di di liquido. Pertanto, la posizione preferita per i flussometri magnetici è nelle linee di flusso verticali verso l'alto. L'installazione in linee orizzontali è accettabile se la sezione del tubo si trova in un punto basso e se gli elettrodi non sono nella parte superiore del tubo. Ciò impedisce

entrare in contatto

con gli elettrodi. Quando il fluido di processo è un fango e il misuratore magnetico è installato in un punto basso, è necessario rimuoverlo durante i periodi di fermo prolungati, in modo che i solidi non si depositino e rivestano le parti interne. Se è indispensabile svuotare periodicamente il misuratore magnetico, è necessario dotarlo di un'opzione di azzeramento del tubo vuoto. Quando questa opzione è attivata, l'uscita del trasmettitore viene bloccata a zero. Il rilevamento delle condizioni di tubo vuoto avviene tramite un circuito collegato a set aggiuntivi

di elettrodi nel tubo di flusso. La caratteristica zero tubo vuoto può anche essere attivata da un contatto esterno, come un contatto di stato della pompa. I misuratori magnetici richiedono cinque diametri di tubo diritto a monte e due diametri a valle per mantenere la loro accuratezza e ridurre al minimo l'usura del rivestimento. Sono disponibili protezioni per il rivestimento

per proteggere il bordo anteriore dei rivestimenti dagli effetti abrasivi dei liquidi di processo. Se il misuratore magnetico è installato in un tubo orizzontale di lunghezza superiore a 30 piedi, il tubo deve essere sostenuto su entrambi i lati del misuratore. Il flussometro magnetico deve essere collegato elettricamente a terra al liquido di processo. Questo perché il flussometro magnetico fa parte del percorso di qualsiasi corrente vagante che viaggia lungo la tubazione o attraverso il liquido di processo. Il collegamento,

mediante messa a terra

del misuratore ad entrambe le estremità al fluido di processo, fornisce un cortocircuito per le correnti vaganti, instradandole attorno al tubo di flusso invece che attraverso di esso. Se il sistema non è correttamente messo a terra, queste correnti possono creare uno spostamento dello zero nell'uscita del flussometro magnetico. Il collegamento elettrico al fluido di processo può essere ottenuto mediante nastri di messa a terra in metallo. Questi nastri collegano ciascuna estremità del tubo di flusso alle flange della tubazione adiacenti, che a loro

volta sono in contatto con il liquido di processo. I nastri vengono utilizzati quando le tubazioni sono elettricamente conduttive. In caso la tubazione sia non conduttiva o rivestita, si utilizzano anelli di messa a terra. L'anello di messa a terra è simile a una piastra con orifizio con un foro pari alle dimensioni nominali (diametro interno) del tubo di flusso. Viene installato tra le flange del tubo di flusso e le tubazioni di processo adiacenti sui lati a monte e a valle. Il tubo di flusso è collegato al fluido di processo tramite gli anelli di messa a terra metallici ed è messo a terra tramite un cavo collegato a un buon conduttore, come un tubo dell'acqua fredda. In dimensioni maggiori e in

alternativamente materiali esotici, gli anelli di messa a terra possono diventare costosi; è possibile utilizzare invece elettrodi di messa a terra (un terzo elettrodo posizionato nel tubo di flusso per il collegamento con il fluido di processo). Un'altra opzione economica consiste nell'utilizzare un anello di messa a terra in plastica con un inserto elettrodo in metallo. Figura 4-5 Flussometri a vortice Da giovane, mentre pescava nei torrenti di montagna delle Alpi della Transilvania, Theodor von Karman scoprì che, in caso di un oggetto non aerodinamico (chiamato anche corpo spigoloso) viene posto nel percorso di un torrente che scorre veloce, il fluido si separa

dall'oggetto sui suoi due lati a valle e, man mano che lo strato limite si stacca e si arriccia su se stesso, il fluido forma dei vortici (chiamati anche mulinelli o turbolenze). Notò anche che la distanza tra i vortici era costante e dipendeva esclusivamente dalle dimensioni della roccia che li formava. Sul lato del corpo a spigolo vivo dove si forma il vortice, la velocità del fluido è maggiore e la pressione è minore. Man mano che il vortice si sposta a valle, aumenta di forza e dimensioni, fino a staccarsi o dissolversi. A questo segue la formazione di un vortice

sull'altro lato del corpo

a spigolo vivo (Figura 4-4). I vortici alternati sono distanziati a intervalli regolari. Il fenomeno del distacco dei vortici può essere osservato quando il vento si stacca da un pennone (che funge da corpo ostacolante); questo è ciò che causa le increspature regolari che si vedono in una bandiera. I vortici si staccano anche dai piloni dei ponti, dai pali di fondazione, dai

supporti delle

piattaforme di perforazione offshore e dagli edifici alti. Le forze causate dal fenomeno di distacco dei vortici devono essere prese in considerazione nella progettazione di queste strutture. In un sistema di tubazioni chiuso, l'effetto vortice si dissipa entro pochi diametri del tubo a valle del corpo smussato e non provoca alcun danno. Progettazione dei misuratori a vortice Un Flussometro a ultrasuoni è tipicamente realizzato in Acciaio inossidabile 316 o Hastelloy e comprende un corpo smussato, un gruppo sensore a vortici e l'elettronica del trasmettitore, sebbene quest'ultima possa anche essere montata a distanza (Figura 4-5). Sono

generalmente disponibili con flange di dimensioni comprese tra 1/2 pollice e 12 pollici. Il costo di installazione dei misuratori a

vortice è competitivo

rispetto a quello dei misuratori a orifizio di dimensioni inferiori a sei pollici. I misuratori con corpo wafer (senza flangia) hanno il costo più basso, mentre i misuratori

flangiati

sono preferibili se il fluido di processo è pericoloso o ad alta temperatura. Sono state sperimentate diverse forme (quadrata, rettangolare, a T, trapezoidale) e dimensioni del corpo di disturbo per ottenere le caratteristiche desiderate. I test hanno dimostrato che la linearità, la limitazione del basso numero di Reynolds e la sensibilità alla distorsione del profilo di velocità variano solo leggermente con la forma del corpo smussato. In termini di dimensioni, il corpo smussato deve avere una larghezza che sia una frazione sufficientemente grande del

diametro del tubo affinché l'intero flusso partecipi allo sganciamento. In secondo luogo, il corpo smussato deve avere bordi sporgenti sulla faccia a monte per fissare le linee di separazione del flusso, indipendentemente dalla portata. In terzo luogo, la lunghezza del corpo spigoloso nella direzione del flusso deve essere un certo multiplo della larghezza del corpo spigoloso. Oggi, la maggior parte dei misuratori

possono funzionare a vortici utilizza sensori piezoelettrici o di tipo capacitivo per rilevare l'oscillazione di pressione attorno al corpo smussato. Questi rilevatori rispondono all'oscillazione di pressione con un segnale di uscita a bassa tensione che ha la stessa frequenza dell'oscillazione. Tali sensori sono modulari, economici, facilmente sostituibili e

in un ampio intervallo 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 involucri rinforzati per resistere agli effetti della corrosione e dell'erosione. Figura 4-6 I sensori esterni, tipicamente estensimetri piezoelettrici, rilevano indirettamente il distacco dei vortici attraverso la

forza esercitata sulla barra di distacco. I sensori esterni sono preferibili in applicazioni altamente erosive/corrosive per ridurre i costi di manutenzione, mentre i sensori interni offrono una migliore rangeability (migliore sensibilità ai flussi bassi). Sono inoltre meno sensibili alle vibrazioni dei tubi. L'alloggiamento dell'elettronica è solitamente classificato come antideflagrante e resistente

alle intemperie e

contiene il modulo trasmettitore elettronico, i collegamenti di terminazione e, opzionalmente, un indicatore di portata e/o un totalizzatore. Dimensionamento e rangeability La frequenza di distacco dei vortici è direttamente proporzionale alla velocità del fluido nel tubo e quindi alla portata volumetrica. La frequenza di distacco è indipendente dalle proprietà del fluido quali densità, viscosità, Conduttività, ecc., tranne per

il fatto che il flusso deve essere turbolento affinché si verifichi il distacco dei vortici. La relazione tra la frequenza dei vortici e la velocità del fluido è: St = f(d/V) Dove St è il numero di Strouhal, f è la frequenza

di distacco dei vortici, d è la larghezza del corpo smussato e V è la velocità media del fluido. Il valore del numero di Strouhal è determinato sperimentalmente e generalmente risulta costante su un ampio intervallo di numeri di Reynolds. Il numero di Strouhal rappresenta il rapporto tra l'intervallo tra la separazione dei vortici (l) e la larghezza del corpo smussato (d), che è circa sei (Figura 4-4). Il numero di Strouhal è un fattore di calibrazione adimensionale utilizzato per caratterizzare vari corpi smussati. Se il loro numero di Strouhal è lo

stesso, due corpi

smussati diversi si comporteranno in modo simile. Poiché la portata volumetrica Q è il prodotto della velocità media del fluido e dell'area della sezione trasversale disponibile per il flusso (A): Q = AV = (A f d B)/St dove B è il fattore di ostruzione, definito come l'area aperta lasciata dal corpo smussato divisa per l'area totale del tubo. Questa equazione, a sua volta, può essere riscritta

come: Q = fK dove K è il coefficiente del misuratore, pari al prodotto (A f d B). Come per i misuratori di portata a turbina e altri misuratori di portata che producono frequenze, il fattore K può essere definito come impulsi per unità di volume (impulsi per gallone, impulsi per piede cubo, ecc.).

Pertanto, è possibile determinare la portata contando gli impulsi per unità di tempo. Le frequenze dei vortici variano da uno a migliaia di impulsi al secondo, a seconda della velocità del flusso, delle caratteristiche del fluido di processo e delle dimensioni del misuratore. Nel servizio

gas, le frequenze sono circa 10 volte superiori rispetto alle applicazioni con liquidi. Il fattore K è determinato dal produttore, solitamente mediante calibrazione con acqua in un laboratorio di flusso. Poiché il fattore K è lo stesso per le applicazioni con liquidi, gas e vapori, il valore determinato dalla calibrazione con acqua è valido per qualsiasi altro fluido. Il fattore di calibrazione (K) a numeri di Reynolds moderati non è sensibile alla nitidezza dei bordi o ad altre variazioni dimensionali che influenzano i misuratori a orifizio

con bordi squadrati. Sebbene

le equazioni dei misuratori a vortice siano relativamente semplici rispetto a quelle delle piastre a orifizio, ci sono molte regole e considerazioni da tenere a mente. I produttori offrono software gratuiti per il dimensionamento, in cui l'utente inserisce le proprietà del fluido (densità, viscosità e intervallo di

flusso desiderato) e il programma dimensiona automaticamente il misuratore. Figura 4-7 La forza generata dall'impulso di pressione del vortice è una funzione della densità del fluido moltiplicata per il quadrato della velocità del fluido. Il requisito che vi sia un flusso turbolento e una forza sufficiente ad azionare il sensore determina la rangeability del misuratore. Questa forza deve essere sufficientemente

elevata da poter essere distinta dal rumore. Ad esempio, un tipico misuratore a vortice da 2 pollici ha un intervallo di portata dell'acqua compreso tra 12 e 230 gpm. Se la densità o la viscosità del fluido differiscono da quelle dell'acqua, la portata del misuratore cambierà. Al fine di ridurre al minimo il rumore di misurazione, è importante selezionare un misuratore in grado di gestire adeguatamente sia la portata minima che quella massima del processo da misurare. Si raccomanda che la portata minima da misurare sia almeno doppia rispetto alla portata minima rilevabile dal

misuratore. La capacità massima del misuratore dovrebbe essere almeno cinque volte superiore alla portata massima prevista. Accuratezza e rangeability Poiché il numero di Reynolds diminuisce all'aumentare della viscosità, la rangeability del misuratore di portata a vortici diminuisce all'aumentare della viscosità. Il limite massimo di viscosità, in funzione dell'accuratezza e della rangeability consentite, è compreso tra 8 e 30 centipoise. È possibile ottenere una rangeability superiore a 20:1 per il servizio con gas e vapore e superiore a 10:1 per applicazioni con liquidi a bassa viscosità se il misuratore a vortici è stato dimensionato correttamente per l'applicazione. L'imprecisione della maggior parte dei misuratori a vortice è dello

0,5-1% della portata per numeri di Reynolds superiori a 30.000. All'abbassarsi del numero di Reynolds, l'errore di misurazione aumenta. Con numeri di Reynolds inferiori a 10.000, l'errore può raggiungere il 10% della portata effettiva. Mentre la maggior parte dei flussimetri continua a fornire alcune indicazioni in prossimità di portate pari a zero, il flussometro a vortice

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