Caudalímetros de vórtice

Historia de los caudalímetros de vórtice

En 1878, mientras investigaba el fenómeno por el cual un alambre tendido en una corriente de aire produce sonido, el físico checo Vincenc Strouhal descubrió que la frecuencia de desprendimiento de vórtices es proporcional a la velocidad del flujo. En 1911, el matemático y físico húngaro Theodore von Kármán demostró teóricamente que, cuando se coloca un objeto en un fluido, se generan espontáneamente vórtices de forma alterna a ambos lados de su estela, un fenómeno conocido como «calle de vórtices de Kármán». A partir de estos resultados de investigación, se estableció el principio de calcular la velocidad y el caudal del flujo midiendo el número de vórtices generados. A finales de la década de 1960, avanzaron las investigaciones sobre la aplicación de este principio a la medición industrial, lo que condujo a la realización práctica del medidor de vortices (Caudalímetros vortex) que conocemos hoy en día.

Historia de los caudalímetros de vórtice de Yokogawa

Tras desarrollar la tecnología para medir la generación de vórtices, Yokogawa Electric Works, Ltd. lanzó en 1969 el primer caudalímetro de vórtice de inserción del mundo para chimeneas de quema. En 1979, lanzamos el caudalímetro de vórtice de uso general YEWFLO Modelo A. En 1981, le siguió el YEWFLO Modelo C, que sentó las bases de la estructura de detección actual. En 1992, presentamos el YEWFLO Modelo E, que destacaba por su resistencia al ruido. En el año 2000, lanzamos la serie digitalYEWFLO, que cuenta con nuestra tecnología patentada de procesamiento de señales digitales (SSP) y una mayor resistencia a las vibraciones. Esta serie digitalYEWFLO supuso una nueva etapa pionera para Caudalímetros vortex gracias a sus funciones de eliminación automática de ruido y de diagnóstico.
Además, para satisfacer las diversas necesidades y dar respuesta a las aplicaciones de nuestros clientes, la serie YEWFLO ha evolucionado continuamente. En 2002, lanzamos el modelo con sensor de temperatura integrado, capaz de medir el caudal de vapor saturado con una sola unidad. En 2006, introdujimos el modelo de paso reducido para tuberías inteligentes. Además, en 2012, lanzamos modelos de gran diámetro (hasta 400 mm), ampliando aún más la gama de productos, y en 2022, lanzamos la última serie VY, continuando la historia de los medidores de flujo de vapor (Caudalímetros vortex) de YOKOGAWA.
Las ventas de más de 500 000 unidades son una prueba de la tecnología de medición acumulada a lo largo de muchos años por Yokogawa y de la alta calidad de sus productos.

Principio de medición de los caudalímetros de vórtice

Ya hemos repasado la historia de los medidores de caudal de vórtice. En la página siguiente se ofrece una explicación detallada del principio de medición.

> Conceptos básicos de los caudalímetros de vórtice: principio de medición y fluidos medidos
* Disponible en Recursos (Tutoriales).

Simulación de fluidos de la generación de vórtices de Karman

¿Para qué aplicaciones son adecuados los caudalímetros de vórtice?

Los caudalímetros de vórtice son dispositivos muy versátiles capaces de medir líquidos, gases y vapor en un amplio rango de temperaturas y presiones. Por ello, se utilizan ampliamente tanto para fluidos de proceso —ya sean productos finales o materias primas en los procesos de fabricación— como para fluidos de servicio que sustentan el funcionamiento de las plantas.

• Líquidos: agua industrial, agua de refrigeración, fuelóleo, líquidos químicos, agua pura, nitrógeno líquido
• Gases: aire comprimido, gas combustible, nitrógeno, aire/oxígeno
• Vapor: vapor saturado, vapor sobrecalentado

En los últimos años, se ha ido ampliando el uso de los medidores de flujo de vapor (Caudalímetros vortex) para visualizar el consumo energético de fluidos de servicio, como el agua, el combustible, el aire y el vapor, con el objetivo de mejorar la eficiencia energética, reducir los costes y gestionar las emisiones de CO₂. Además, incluso en aplicaciones en las que los caudales de vapor fluctúan considerablemente en función de los procesos por lotes o de las condiciones de funcionamiento de la línea, el amplio rango de medición (rango de caudal medible) de Caudalímetros vortex permite cubrir una amplia gama de mediciones de caudal con una sola unidad.

Diferencias entre los caudalímetros de vórtice y otros caudalímetros

A continuación, presentamos brevemente las principales diferencias entre el medidor de flujo de tipo «Caudalímetros vortex» y otros tres tipos representativos de medidores de flujo.

Ventajas de los caudalímetros de vórtice frente a los caudalímetros de presión diferencial

• No se requieren elementos de regulación, como las placas de orificio, lo que se traduce en una pérdida de presión relativamente baja.
• No se necesitan equipos adicionales, como tuberías de impulso ni colectores de tres válvulas, lo que se traduce en menores necesidades de mantenimiento.
• Gracias a su amplio rango de medición y a que la frecuencia del vórtice es proporcional al caudal, los datos de medición son fáciles de manejar.

Ventajas de los caudalímetros de vórtice frente a los caudalímetros magnéticos

• Mide gases y vapor, además de líquidos.
• Mide líquidos con baja conductividad eléctrica, como el agua pura y los aceites.
• Mide fluidos a alta temperatura, criogénicos y a alta presión, como el vapor sobrecalentado, el gas natural licuado (GNL) y el nitrógeno líquido.

Ventajas de los caudalímetros de vórtice frente a los caudalímetros de masa de Coriolis

• Una amplia gama de condiciones de medición, como el vapor y el aire comprimido, junto con una amplia selección de tamaños de conexión, permite medir diversos fluidos de servicio.
• Su estructura sencilla reduce el peso y el espacio de instalación, minimiza las pérdidas de presión y ofrece una gran durabilidad.
• Un coste inicial relativamente bajo por instrumento permite la instalación en múltiples puntos para aplicaciones de gestión energética, lo que a su vez contribuye a una mejor visualización del estado general de la planta.

¿Cuál es la longitud de tubo recto necesaria para un caudalímetro de vórtice?

Para estabilizar la turbulencia del flujo, se requieren determinadas longitudes en los lados aguas arriba y aguas abajo de un Caudalímetros vortex. Estas se denominan «longitudes de tubo recto», y la distancia necesaria se conoce como «longitud de tubo recto requerida». En las páginas siguientes se explican con detalle las longitudes de tubo recto.

> Longitudes de tubo recto necesarias para los caudalímetros de vórtice
* Disponible en Recursos (Tutoriales).

Simulación animada de la turbulencia del flujo en un tubo con doble codo

Una amplia gama de productos para diversas aplicaciones

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 general: El modelo estándar de nuestros caudalímetros de vórtice

El modelo «General» es el modelo estándar de nuestra serie «Caudalímetros vortex» y resulta adecuado para una amplia gama de aplicaciones. También está disponible el modelo «Long Neck», adecuado para trabajos de aislamiento térmico.

Tipo de sensor de temperatura integrado: medición simultánea del caudal y la temperatura del fluido

El modelo con sensor de temperatura integrado cuenta con un sensor de temperatura (Pt1000) incorporado en la barra «vertedera de vórtice», lo que permite medir simultáneamente el caudal y la temperatura del fluido. Esto lo convierte en el modelo más adecuado para aplicaciones de vapor. A partir de la temperatura medida, puede calcular el caudal másico y el contenido energético del vapor saturado, lo que permite visualizar el consumo de vapor, lo que a su vez contribuye a la reducción de los costes energéticos y de las emisiones de CO₂. También está disponible el modelo de cuello largo, adecuado para facilitar los trabajos de aislamiento térmico.

Tipo para altas temperaturas/criogénico: medición en fluidos a altas temperaturas y criogénicos

El modelo de alta temperatura/criogénico es un modelo capaz de realizar mediciones en fluidos a alta temperatura y criogénicos. Es adecuado para medir vapor sobrecalentado a alta temperatura utilizado en aplicaciones como el procesamiento de alimentos (incluidos el secado, el calentamiento y la esterilización), componentes de automoción y maquinaria (calentamiento rápido y uniforme, prevención de la oxidación y procesos de calentamiento y limpieza), así como para la medición de fluidos criogénicos como el gas natural licuado (GNL).

Tipo de diámetro reducido: tubo de flujo integrado con tubos de reducción/expansión

El modelo de diámetro reducido es un modelo en el que tanto el lado de entrada como el de salida de la unidad sensora están integrados con un reductor (tubo de reducción/expansión). Es ideal para aplicaciones de vapor saturado con grandes variaciones estacionales de caudal y para procesos por lotes en los que solo se requiere la medición del caudal cuando es necesario; además, permite medir caudales bajos.
Dado que el reductor y el caudalímetro de vórtice están integrados, no se necesitan tubos de reducción, tubos de expansión ni tramos cortos de tubería para garantizar la rectitud del tramo, lo que ayuda a simplificar los trabajos de instalación y a reducir los costes. La seguridad mejora al haber menos puntos de conexión.

Tipo de alta presión: medición estable en fluidos de proceso agresivos a alta presión

El modelo de alta presión es un modelo capaz de realizar mediciones estables incluso en condiciones extremas de alta presión. Es adecuado para su uso en aplicaciones que implican gases a alta presión y vapor a alta presión que los modelos estándar no pueden manejar, como las tuberías de transporte de gas natural, los gasoductos de alta presión, las tuberías de vapor a alta presión en refinerías de petróleo y plantas químicas, y las calderas de alta presión.

Tipo de doble sensor: ofrece redundancia para una fiabilidad aún mayor

El modelo de doble sensor es un modelo en el que dos medidores de caudal de vórtice se disponen en serie y se integran en un único diseño soldado. Dado que cada unidad mide el caudal de forma independiente, la configuración doble proporciona redundancia para una fiabilidad aún mayor. Además, el modelo de tipo de doble sensor permite un funcionamiento flexible en sistemas de control y de seguridad independientes, así como con diferentes protocolos de comunicación. Su diseño integrado y soldado ofrece una excelente facilidad de instalación y reduce el riesgo de fugas de fluido al minimizar los puntos de conexión. Como resultado, mejora la fiabilidad del sistema. También está disponible el modelo de cuello largo, adecuado para facilitar los trabajos de aislamiento térmico.

Tipo de cuello largo: adecuado para el aislamiento térmico y la facilidad de trabajo

El modelo «Long Neck» es un modelo diseñado con un cuello más largo que el estándar Caudalímetros vortex. Este tipo mejora el aislamiento, por ejemplo, en las tuberías de vapor, para evitar la pérdida de energía térmica de las tuberías. Es compatible con el modelo «General» y con el modelo con sensor de temperatura integrado.

Tipo de control remoto: instalación flexible con sensor y transmisor independientes

El modelo remoto cuenta con un sensor y un transmisor independientes que se pueden instalar conectándolos mediante un cable. Es adecuado para aplicaciones en las que es necesario instalar el transmisor en un lugar seguro, como en líneas con altas temperaturas o fuertes vibraciones, o en zonas peligrosas. El modelo remoto está disponible para todos los tipos.

Total Insight: un concepto de producto diseñado para acompañar a los clientes a lo largo de todo el ciclo de vida del producto

«Total Insight» es un concepto común a los productos de campo de Yokogawa que ofrece apoyo a los clientes a lo largo de todo el ciclo de vida del producto. Al aportar un nuevo valor añadido gracias a una tecnología y unos conocimientos avanzados, su objetivo es optimizar los costes a lo largo de todo el ciclo de vida.

Image Zoom

Reducción de las horas de trabajo de ingeniería y de los costes de «Compras»

Nuestros medidores de caudal «Caudalímetros vortex» admiten un amplio rango de caudales y cumplen con diversas normas internacionales. Además, incorporan varias funciones de cálculo integradas y se adaptan a diversas necesidades de medición de caudal.

Tiempo de arranque reducido

La tecnología propia de Yokogawa capta con precisión las señales de caudal, lo que garantiza una medición estable del caudal con una gran resistencia a las vibraciones.
Además, los parámetros del dispositivo se configuran en fábrica antes de su envío, por lo que el dispositivo está listo para su uso nada más instalarlo.

Mayor eficiencia operativa y menor número de errores

Total Insight cuenta con una función de autodiagnóstico para todo el dispositivo. Gracias al mantenimiento remoto, es posible comprobar el estado del dispositivo desde una ubicación remota, como una sala de instrumentos. Además, se puede llevar a cabo un mantenimiento predictivo planificado (mantenimiento basado en el estado: CBM).^＊1  

*1: Requiere la herramienta de verificación de caudalímetros magnéticos y de vórtice FSA130 (solo para comunicación HART).

Mayor eficiencia en las operaciones de mantenimiento

Las anomalías se pueden identificar fácilmente mediante funciones de diagnóstico. Además, cuando es necesario retirar la barra «vertedera de vórtice», esta se puede desmontar fácilmente de su cuerpo, que presenta una estructura única.

Recomendado para los siguientes usuarios

• Aquellos que deseen adquirir un caudalímetro de un fabricante fiable con una trayectoria contrastada.
• Aquellos que deseen incorporar caudalímetros que ofrezcan una excelente robustez y Estabilidad a largo plazo y que sean fáciles de mantener.
• Aquellos que busquen caudalímetros adecuados para aplicaciones relacionadas con el vapor, como el vapor saturado, el vapor sobrecalentado y los procesos por lotes.
• Aquellos que deseen mejorar la eficiencia energética, reducir costes y gestionar las emisiones de CO₂ con vistas al futuro desarrollo de fábricas inteligentes, y que, además, busquen visualizar el consumo de fluidos de servicio como el agua, el combustible, el aire y el vapor.