Calculadora de caudal de gas
Calcule el caudal de gas con correcciones por compresibilidad. Convierta entre condiciones estándar y reales, determine velocidades de flujo y verifique el flujo crítico.
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Resultado de caudal de gasCómo funciona
La Calculadora de caudal de gas usa la ecuación de flujo compresible isotérmico para determinar el caudal de gas a través de tuberías. A diferencia de los cálculos de flujo incompresible usados para líquidos, el flujo de gas debe considerar los cambios de densidad a medida que la presión cae a lo largo de la tubería, por lo que las correcciones por compresibilidad son esenciales para obtener resultados precisos.
Ecuación de flujo compresible isotérmico
Para el flujo de gas isotérmico a través de una tubería, el caudal volumétrico se calcula con:
Q = (π/4)D² × √((P1² - P2²) / (ρavg × f × L/D))
Donde:
- • Q = Caudal volumétrico en condiciones reales
- • D = Diámetro interior de la tubería
- • P1 = Presión de entrada (absoluta)
- • P2 = Presión de salida (absoluta)
- • ρavg = Densidad media del gas a la presión media
- • f = Factor de fricción de Darcy (de la ecuación de Colebrook-White)
- • L = Longitud de la tubería
Volumen estándar frente a real
El volumen de gas depende de la presión y la temperatura. Para comparar flujos en distintas condiciones, los volúmenes se convierten a condiciones estándar (0°C, 101.325 kPa):
Qs = Qa × (Pa / Ps) × (Ts / Ta)
Donde Qs es el caudal estándar, Qa es el caudal real, y los subíndices s y a denotan condiciones estándar y reales respectivamente. El caudal estándar se expresa como Nm³/h (metros cúbicos normales por hora) o SCFM (pies cúbicos estándar por minuto).
Referencia de propiedades de los gases
| Gas | Peso molecular (g/mol) | Relación de calores específicos (k) |
|---|---|---|
| Aire | 28.97 | 1.40 |
| Nitrógeno | 28.01 | 1.40 |
| Oxígeno | 32.00 | 1.40 |
| Gas natural | 17.40 | 1.30 |
| Dióxido de carbono | 44.01 | 1.29 |
| Hidrógeno | 2.016 | 1.41 |
| Argón | 39.95 | 1.67 |
Flujo crítico (estrangulado)
El flujo crítico ocurre cuando la velocidad del gas alcanza la velocidad sónica en la salida de la tubería. Una vez que el flujo es crítico, reducir aún más la presión aguas abajo no aumenta el caudal. La relación crítica de presiones depende de la relación de calores específicos (k) del gas:
P2/P1 < (2 / (k + 1))^(k / (k - 1))
Para el aire (k = 1.4), la relación crítica es de aproximadamente 0.528, lo que significa que el flujo crítico ocurre cuando la presión de salida cae por debajo del 52.8% de la presión de entrada. En condiciones de flujo crítico, el caudal másico está limitado por las condiciones aguas arriba y la geometría de la tubería.
Preguntas frecuentes
Aquí encontrará las respuestas a las preguntas frecuentes sobre los cálculos de caudal de gas.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre flujo compresible e incompresible?
El flujo incompresible supone una densidad de fluido constante, lo cual es válido para líquidos y para gases a velocidades muy bajas. El flujo compresible considera los cambios de densidad que ocurren cuando la presión y la temperatura del gas varían a lo largo de la tubería. Para los gases, los efectos de compresibilidad se vuelven significativos cuando el número de Mach supera 0.3 o cuando la caída de presión supera aproximadamente el 10% de la presión de entrada. Esta calculadora usa la ecuación de flujo compresible isotérmico para modelar con precisión el comportamiento del gas.
¿Cuáles son las condiciones estándar para la medición del caudal de gas?
Las condiciones estándar proporcionan un punto de referencia para comparar volúmenes de gas medidos a distintas presiones y temperaturas. Los estándares más comunes son las condiciones normales (0°C, 101.325 kPa) usadas internacionalmente con unidades como Nm³/h, y las condiciones estándar (15.6°C / 60°F, 101.325 kPa / 14.696 psia) usadas en Norteamérica con unidades como SCFM. Esta calculadora convierte el caudal real a condiciones normales (0°C, 101.325 kPa).
¿Qué es el flujo crítico y cuándo ocurre?
El flujo crítico ocurre cuando la velocidad del gas en una restricción alcanza la velocidad del sonido (Mach 1). En ese punto, reducir aún más la presión aguas abajo no aumentará el caudal. El flujo crítico se determina mediante la relación crítica de presiones, que depende de la relación de calores específicos del gas. Para el aire (k = 1.4), la relación crítica es de aproximadamente 0.528. Esta calculadora le advierte cuando se detectan condiciones de flujo crítico.
¿Cómo calculo el caudal de gas a través de una tubería?
Para calcular el caudal de gas a través de una tubería, necesita el diámetro de la tubería, las presiones de entrada y salida, la temperatura del gas, la longitud de la tubería y la rugosidad de la tubería. La ecuación de flujo compresible isotérmico relaciona estos parámetros con el caudal volumétrico, considerando las pérdidas por fricción y la expansión del gas a lo largo de la tubería. La densidad del gas se calcula a partir de la ley de los gases ideales usando el peso molecular y las condiciones de operación.
¿Qué unidades se usan para medir el caudal de gas?
El caudal de gas puede expresarse en unidades reales o estándar. Las unidades de caudal real incluyen m³/h (metros cúbicos por hora) y CFM (pies cúbicos por minuto), que representan el volumen en condiciones de operación. Las unidades de caudal estándar incluyen Nm³/h (metros cúbicos normales por hora) y SCFM (pies cúbicos estándar por minuto), que representan el volumen equivalente en condiciones estándar de referencia. El caudal másico en kg/h es independiente de la presión y la temperatura.
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