Un débitmètre à vortex est un type de débitmètre volumétrique qui exploite un phénomène naturel se produisant lorsqu'un liquide s'écoule autour d'un obstacle. Son fonctionnement repose sur le principe du détachement de vortex : des vortex (ou tourbillons) se forment alternativement en aval de l'obstacle. La fréquence de ce détachement est directement proportionnelle à la vitesse du liquide traversant le débitmètre.
Les débitmètres à vortex sont particulièrement adaptés aux mesures de débit où l'introduction de pièces mobiles pose problème. Ils sont disponibles en version industrielle, en laiton ou entièrement en plastique. Leur sensibilité aux variations des conditions de process est faible et, grâce à l'absence de pièces mobiles, leur usure est relativement faible comparée à celle d'autres types de débitmètres.
Conception de débitmètre à vortex
Un débitmètre à vortex est généralement fabriqué en acier inoxydable 316 ou en Hastelloy et comprend un corps massif, un capteur à vortex et l'électronique de transmission – cette dernière pouvant être montée à distance (Figure 2). Ils sont généralement disponibles avec des brides de 1/2 pouce à 12 pouces. Le coût d'installation des débitmètres à vortex est compétitif par rapport à celui des débitmètres à orifice de moins de six pouces. Les débitmètres à corps plat (à brides) sont les plus économiques, tandis que les débitmètres à brides sont privilégiés pour les fluides dangereux ou à haute température.
Différentes formes (carrée, rectangulaire, en T, trapézoïdale) et dimensions de corps non profilés ont été testées afin d'obtenir les caractéristiques souhaitées. Les essais ont montré que la linéarité, la limitation à faible nombre de Reynolds et la sensibilité à la distorsion du profil de vitesse varient peu en fonction de la forme du corps non profilé. Concernant ses dimensions, le corps non profilé doit présenter une largeur suffisamment importante par rapport au diamètre de la conduite pour que la totalité de l'écoulement participe au décollement. De plus, sa face amont doit comporter des arêtes saillantes afin de fixer les lignes de décollement, quel que soit le débit. Enfin, sa longueur dans le sens de l'écoulement doit être un multiple de sa largeur.
Aujourd'hui, la plupart des débitmètres à vortex utilisent des capteurs piézoélectriques ou capacitifs pour détecter l'oscillation de pression autour du corps du débitmètre. Ces détecteurs réagissent à l'oscillation de pression par un signal de sortie basse tension dont la fréquence est identique à celle de l'oscillation. Modulaires, peu coûteux et facilement remplaçables, ces capteurs fonctionnent sur une large plage de températures, des liquides cryogéniques à la vapeur surchauffée. Ils peuvent être installés à l'intérieur ou à l'extérieur du débitmètre. Les capteurs immergés sont directement soumis aux fluctuations de pression du vortex et sont protégés par un boîtier renforcé afin de résister à la corrosion et à l'érosion.
Les capteurs externes, généralement des jauges de contrainte piézoélectriques, détectent indirectement le détachement des tourbillons par la force exercée sur la barre de détachement. Ils sont privilégiés dans les applications fortement érosives/corrosives afin de réduire les coûts de maintenance, tandis que les capteurs internes offrent une meilleure plage de mesure (meilleure sensibilité au débit) et sont moins sensibles aux vibrations de la conduite. Le boîtier électronique, généralement antidéflagrant et résistant aux intempéries, contient le module transmetteur électronique, les connexions de terminaison et, en option, un indicateur de débit et/ou un totalisateur.
Styles de débitmètres à vortex
Les débitmètres à vortex intelligents fournissent un signal de sortie numérique contenant plus d'informations que le simple débit. Le microprocesseur intégré au débitmètre corrige automatiquement les défauts de rectitude de la conduite, ainsi que les différences entre le diamètre de l'alésage et celui de la conduite principale.
Applications et limitations
Les débitmètres à vortex sont généralement déconseillés pour le dosage par lots ou les applications à débit intermittent. En effet, le débit de goutte à goutte de la station de dosage peut être inférieur au nombre de Reynolds minimal du débitmètre. Plus le volume total du lot est faible, plus l'erreur qui en résulte risque d'être importante.
Les gaz à basse pression (faible densité) ne génèrent pas une impulsion de pression suffisamment forte, surtout si la vitesse du fluide est faible. Par conséquent, dans ces applications, il est probable que la plage de mesure du débitmètre soit réduite et que les faibles débits ne soient pas mesurables. En revanche, si une plage de mesure réduite est acceptable et que le débitmètre est correctement dimensionné pour un débit normal, le débitmètre à vortex peut être envisagé.
Date de publication : 21 mars 2024