Tecnología de Alicat

Principio de medición de flujo másico de Alicat 

Los instrumentos de flujo másico Alicat funcionan según el principio de medición de flujo laminar basada en presión diferencial. Nuestro medidor de flujo y controladores de flujo son instrumentos multiparamétricos (multivariados) que también muestran los datos de presión y temperatura que usamos para determinar los caudales volumétricos y másicos.

Ecuación de Poiseuille para la medición del flujo laminar

Una metodología para la medición de flujo en una unidad laminar compensada internamente (ICL) se basa en la física de la ecuación de Poiseuille. Primero, se crea una restricción interna. Esta restricción se conoce como elemento de flujo laminar (LFE). El LFE obliga a las moléculas de gas a moverse en trayectorias paralelas a lo largo del pasaje, casi eliminando la turbulencia del flujo. (Lea sobre el flujo laminar aquí.). La caída de presión diferencial se mide dentro de la región laminar.

La ecuación de Poiseuille cuantifica la relación entre la caída de presión y laminado caudal volumétrico como:

Q = (P1-PAG2) πr4/ 8ηL

Dónde:

Q = caudal volumétrico
PAG1 = Presión estática en la entrada
PAG2 = Presión estática en la salida
r = Radio hidráulico de la restricción
η = Viscosidad absoluta del fluido
L = Duración de la restricción

Dado que π, r y L son constantes para un LFE dado, la ecuación se puede reescribir como:

Q = K (ΔP) / η

En esta ecuación, K es un factor constante determinado por la geometría de la restricción. Muestra la relación lineal entre el caudal volumétrico (Q), la presión diferencial (ΔP) y la viscosidad absoluta (η) en una forma más simple.

Los cambios en la temperatura del gas afectan la viscosidad absoluta del gas. Esto requiere una medición de temperatura para determinar el valor de η. Para la mayoría de los dispositivos basados en presión diferencial, esto se hace referenciando manualmente tablas que indican las propiedades de viscosidad del gas a temperaturas dadas. En un Alicat, esta referencia se realiza de forma continua mediante el uso de un sensor de temperatura discreto y un microprocesador.

Medición de caudal másico

En este punto, solo se ha determinado el caudal volumétrico. Para que un dispositivo de flujo laminar aborde las limitaciones de rango de los instrumentos de flujo térmico, se deben tomar medidas adicionales para determinar el caudal másico real del gas. La relación entre flujo volumétrico y flujo másico es:

Masa = Volumen * Factor de corrección de densidad

Las leyes de los gases ideales nos muestran que la densidad de un gas se ve afectada por su temperatura y presión absoluta. Usando las leyes de los gases ideales, el efecto de la temperatura sobre la densidad (a presión constante) es:

ρa/ ρs = Ts/ Ta

Dónde:

ρa = Densidad en condiciones de flujo
Ta = Temperatura absoluta (° K) en condiciones de flujo en Kelvin
ρs = Densidad en condiciones estándar (STP)
Ts = Temperatura absoluta (° K) en condiciones estándar (STP) en Kelvin
(° K = ° C +273.15)

De manera similar, el efecto de la presión absoluta sobre la densidad (a temperatura constante) es:

ρa/ ρs = Pa/PAGs

Dónde:

ρa = Densidad en condiciones de flujo
PAGa = Presión absoluta en condiciones de flujo
ρs = Densidad en condiciones estándar (STP)
PAGs = Presión absoluta en condiciones estándar (STP)

Por tanto, para determinar el caudal másico (M), se deben aplicar dos factores de corrección al caudal volumétrico (Q): los efectos de la temperatura y la presión absoluta sobre la densidad. Juntos, la conversión a flujo másico se puede escribir como:

M = Q (Ts/ Ta)(PAGa/PAGs)

En un medidor de flujo másico Alicat, se coloca un sensor de presión absoluta discreto en la región laminar de la corriente de flujo. Esta información se envía al microprocesador y se combina con los datos del sensor discreto de temperatura absoluta para realizar los cálculos apropiados para determinar el flujo másico.

Temperatura y presión estándar (STP)

Realizar los cálculos de flujo másico requiere referencia a un conjunto de condiciones estándar de temperatura y presión (STP) según lo indicado por las variables Ts y PAGs. El STP generalmente se define a nivel del mar, pero no existe un estándar único para esta convención. Ejemplos de condiciones de referencia comunes de STP incluyen:

0 ° C y 1013 mbar
25 ° C y 14,696 psia
0 ° C y 760 torr o mmHg

Es importante señalar que, aunque las unidades típicas de masa se expresan en gramos o kilogramos por unidad de tiempo (a menudo denominado "flujo másico verdadero"), se ha convertido en estándar que el caudal másico se exprese como un caudal volumétrico estandarizado. Los ejemplos incluyen slm / slpm (litros estándar por minuto), sccm (centímetros cúbicos estándar por minuto) y scfh (pies cúbicos estándar por hora). Al conocer el ajuste de STP del dispositivo y la densidad de un gas en particular en ese STP, es posible determinar el caudal en gramos por minuto, kilogramos por hora, etc., como muestra el siguiente ejemplo.

Dado:

Gas = helio
M = 250 SCCM
STP = 25 ° C y 14,696 PSIA
Densidad del gas = 0,166 gramos por litro

Flujo másico verdadero = M * Densidad del gas en STP
Flujo másico verdadero = (250 SCCM) (1 litro por 1000 CC) (0.1636 gramos por litro)
Flujo másico verdadero = 0.0409 gramos por minuto de helio

Los medidores de flujo másico y los controladores de flujo másico Alicat fabricados desde la primavera de 2016 pueden mostrar los caudales másicos como caudales másicos reales. Simplemente seleccione la unidad deseada y su Alicat realizará todos los cálculos.

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