Cómo calcular la tasa de flujo másico

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Los dinamicistas de fluidos y otros ingenieros que se ocupan del flujo de los fluidos tienen tres ecuaciones que describen todos los aspectos matemáticos de un flujo. La primera y más simple de éstas es la ecuación de continuidad, que se ocupa del flujo de masa. La ecuación proviene del principio de la "conservación de la masa." Este principio establece que cualquier masa que entra en un sistema o bien tiene que salir del sistema o ser almacenada en el sistema. Para el flujo de tubería, esto significa que el flujo de masa que entra la tubería, debe ser igual al caudal másico que sale de la tubería.

Determina si tu flujo cumple con los requisitos necesarios para utilizar la forma simple de la ecuación de continuidad. En primer lugar, el flujo debe estar en "estado estacionario", lo que significa que el flujo no tiene puntos de aceleración. Otro nombre para esto es un flujo "plenamente desarrollado". En segundo lugar, el flujo debe ser "incompresible", lo que significa que la densidad permanece constante. Esto sólo se aplica a la zona de la corriente que estás examinando. Si la densidad cambia fuera de esa región, aún puedes utilizar el supuesto incompresible. Finalmente, debes ser capaz de asumir que la gravedad tiene poco o ningún efecto sobre el flujo. En otras palabras, el flujo es independiente de las fuerzas del cuerpo, tales como el peso. Esto es cierto para la mayoría de los flujos, pero si tu líquido es muy denso, muy lento o muy viscoso, las fuerzas del cuerpo pueden entrar en las ecuaciones.

Determina el área de la sección transversal donde el flujo entra en el área que estás examinando. Para una tubería, calcula el área basándote en el diámetro interior (ID, por sus siglas en inglés).

Ejemplo: ID = 2 pulgadas (5,08 cm) A = (pi)r^2 r = ID/2 r = 1 A = 3.14159 * (1)^2 = 3.14159 in^2

Determina la densidad del fluido que estás examinando. La mayor parte del tiempo, serás capaz de ver este valor en uno de los muchos referentes de ingeniería. Si no, tendrás que determinarlo a través de la medición directa. También lo puedes calcular a través de una serie de ecuaciones de ingeniería, como la ecuación de los gases perfectos o ecuación de Bernoulli, en función del fluido que estés usando y de las medidas que tienes disponibles. Convierte ya sea la densidad o la zona para que las unidades sean compatibles.

Ejemplo: Agua = 0.998 g/cm^3 Área = 3.14159 in^2 = 20.268 cm^2

Determina la velocidad del flujo. Esto debe hacerse mediante la medición directa o por medio del cálculo. Así como la densidad, un sinnúmero de ecuaciones están disponibles dependiendo del fluido que estés utilizando y los valores que ya tengas disponibles. Convierte el valor para que sea compatible con el resto de los valores, si es necesario. Si el flujo es viscoso, calcula la velocidad media. Para un tubo redondo, por ejemplo, la velocidad media es igual a la mitad de la velocidad máxima.

Ejemplo: Velocidad = 10 m/s = 1000 cm/s

Multiplica la densidad, el área y la velocidad para determinar la velocidad del flujo de masa.

Ejemplo: (rho)AV = 0.998 * 20.268 * 1000 = 20227.464 g/s = 20.227 kg/s