In questo articolo discuteremo della relazione tra la portata volumetrica e la densità.
In un'industria di processo la misurazione di Portata(sia la massa che la portata volumetrica) di un fluido è molto importante. Se conosciamo la densità del particolare fluido, possiamo convertire la portata volumetrica in Portata massica di una determinata condotta e viceversa.
In alcuni casi è preferibile misurare la portata volumetrica rispetto alla portata massica poiché i misuratori di portata volumetrica sono meno costosi dei misuratori di portata massica.
Ma se conosciamo la densità del fluido, possiamo facilmente convertire la portata volumetrica misurata in termini di portata massica secondo il requisito.
La portata volumetrica è la misura della quantità di qualsiasi fluido che passa attraverso uno strumento di misurazione del flusso per unità di tempo. Le unità sono litri/minuto, centimetri cubi al minuto ecc. È indicato con Q.
La densità è la proprietà fisica di una materia che si riferisce alla massa contenuta in un'unità di volume. Le unità sono chilogrammo/metro cubo, grammo/metro cubo ecc. È indicato con ρ.
Relazione tra portata volumetrica e densità
Densità, ρ=Massa/Volume=m/V
Portata volumetrica, Q=V/t
Dove,
Q= Portata volumetrica m3/s o L/s .
V=Volume di fluido in litri o metri cubi
=Velocità media del flusso in m/s
( Viene considerato il valore medio perché ad ogni parte la velocità del fluido non è la stessa)
A=Area della sezione trasversale occupata dal fluido in movimento m2.
Quindi,
Q=Area della sezione trasversale x Velocità media
Portata massica è dato da
ṁ=Messa/Tempo=m/t
Sappiamo che massa=densità x volume
m=ρ.V
Moltiplicando entrambi i membri per t (tempo),
m/t=ρ.V/t=ρ.Q
Oppure,ṁ =ρ.Q
Se moltiplichiamo la densità del fluido e la sua portata volumetrica otterremo la portata massica del fluido. In parole semplici portata massica è la densità moltiplicata per la sua portata volumetrica.
Come calcolare la densità dalla portata volumetrica?
La densità è una delle proprietà fisiche importanti e ha influenza sulle portate.
La densità varia a seconda del tipo di fluido e delle condizioni atmosferiche. Ad esempio, densità di acqua fredda e calda l'acqua è diversa. Sebbene l'olio e l'acqua siano entrambi liquidi, hanno una grande differenza di densità.
La portata volumetrica è data da
Q=V/t Eq(1)
Dove, V=Volume
t=tempo
Volume, V=Massa/Densità
Oppure V=m/ρ
Valore sostitutivo di V nell'eq (1)
Q=m/ρ. T
ρ=m/Q . t Eq(2)
ρ=portata massica/portata volumetrica
Densità e portata
La portata di una linea di processo è la velocità con cui un fluido la attraversa.
Generalmente la portata è espressa in termini di portata massica (kg/min) e portata volumetrica (l/min). La densità è il rapporto tra massa e volume (kg/m3).
La relazione tra Densità e Portata è data come segue:
Densità,ρ=portata massica/portata volumetrica
La densità (ρ) è la massa per unità di volume di un materiale. Fluido ad alta densità significa più numero di molecole per unità di volume, il che significa più viscoso o più pesante e più energia è necessaria per spostare il fluido con conseguente bassa velocità.
La densità varia direttamente con la pressione e inversamente con la temperatura. Poiché i liquidi sono generalmente di natura incomprimibile, quindi non vi è alcuna influenza della pressione sulla misurazione della densità del liquido. Bisogna considerare solo il cambiamento di temperatura.
I gas sono di natura comprimibile e la densità dei gas cambia al variare della temperatura e della pressione.
In che modo la densità è correlata alla portata?
Per controllare i processi in un settore e per ottenere la massima resa da un valore specifico del processo di una portata del fluido è sempre necessario.
La densità è una delle proprietà fisiche di una sostanza che è influenzata dal cambiamento di temperatura. All'aumentare della temperatura, aumenta anche l'energia cinetica delle molecole della sostanza con conseguente variazione della densità della sostanza.
Diversi dispositivi di misurazione del flusso vengono utilizzati in un'industria per ottenere misurazioni accurate. Per avere l'idea di una portata di un fluido dovremmo anche avere una conoscenza della densità del fluido.
La densità di un fluido varia con la temperatura, ora nel processo industriale se la temperatura cambia, porta a una diminuzione della densità del fluido, con conseguente aumento del volume. Allo stesso modo, quando la temperatura diminuisce, la portata volumetrica diminuisce a causa della maggiore densità del fluido.
Questa variazione della portata volumetrica a causa della variazione della temperatura porta a una contabilizzazione imprecisa e a un bilancio di massa del processo. Per contrastare gli stessi processi industriali normalmente si esegue una procedura chiamata compensazione della temperatura di flusso.
Nel caso di fluidi comprimibili (gas), insieme alla temperatura la pressione gioca anche un impatto significativo sulla densità del fluido. Quindi per i gas il flusso compensatorio tiene conto della variazione di densità sia con la temperatura che con la pressione.
PV=nRT Eq(1)
Dove, n=m/Mw
ρ = m / V
Dall'Eq 1,
ρ=PMw/RT Eq(2)
- P = Pressione
- T = temperatura
- V = volume
- Mw = Peso Molecolare
- n = Numero di moli
- R = costante del gas
- ρ = densità del vapore o del gas
A seconda delle varie condizioni, otterremo risultati diversi per il design e le situazioni reali.
Usando il ρReale ρDesign formule, possiamo ricavare la formula per la densità reale del processo considerando la compensazione di pressione e temperatura.
In che modo la densità influisce sulla portata volumetrica?
Il rapporto tra il volume di una sostanza e la sua massa è noto come Densità ρ.
Ogni volta che applichiamo calore a un liquido o a un gas, l'energia cinetica delle molecole aumenta per cui coprono uno spazio più ampio con conseguente volume maggiore. Ciò implica che la densità è inversamente proporzionale alla temperatura.
D'altra parte, se viene applicata pressione su un corpo, questo viene compresso con conseguente minor volume e maggiore densità.
Per saperne di più sulla portata (Clicca qui)
Problemi relativi alla portata e alla densità
Esempio 1: La densità del liquido è Un liquido scorre attraverso un tubo di raggio interno 6 cm con una velocità di 12 m/s e la densità 940 kg/m3.Determinare la portata massica del flusso.
Soluzione:
Qui velocità, v=12m/s, Raggio del tubo, r=6 cm, Densità del liquido, ρ=940 kg/m3=
Area del tubo=π. r2= π. 62 cm2= 113.04 cm2= 0.011304 m2
Portata volumetrica= Q= v. A=12 . 0.011304=0.1356 m3/s
Portata massica, ṁ = Q . ρ=0.1356 m3/S . 940 kg/mq3=127.50 kg/s.
Esempio 2: Determina la velocità dell'acqua che scorre attraverso un tubo circolare. Qui il raggio interno del tubo è 2 cm e la portata se l'acqua è 0 m056/s. Considera la densità dell'acqua come ρ=3 kg/m998.
Soluzione:
Qui Raggio del tubo, r=2 cm, Portata, Q=0.056 m3/s, Densità, ρ=998 kg/m3
Area del tubo= π . r2 = π. 22 cm2= 12.56 cm2= 0.00125 m2
Portata massica, ṁ=Q . ρ = 0.056 m3/S . 998 kg/mq3=55.88 kg/s
Velocità =ṁ /ρ .A=79.3 m/s
Sono Sangeeta Das. Ho completato il mio Master in Ingegneria Meccanica con specializzazione in Motori IC e Automobili. Ho circa dieci anni di esperienza nell'industria e nel mondo accademico. La mia area di interesse comprende motori IC, aerodinamica e meccanica dei fluidi. Puoi contattarmi a
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