La caída de presión es una consideración física y financiera importante cuando se trabaja con aplicaciones subatmosféricas y de vacío. La caída de presión es la pérdida de presión en la línea causada por la resistencia a la fricción en la trayectoria de flujo. Todo causa algún grado de resistencia a la fricción en el fluido que fluye, como una válvula, accesorios y tubería, y esto resulta en la pérdida de presión. Al determinar cuánta caída de presión causa cada pieza, puede calcular cuánta presión necesita para ejecutar su proceso. Cuanto más baja sea la caída de presión total del sistema, menos gas se necesita para su funcionamiento, lo que le ahorra dinero.

Cómo funciona la caída de presión

La presión estática afecta la cantidad de caída de presión a través de un medidor de flujo másico Alicat, y esto es importante a considerar cuando se elige un dispositivo para su uso en presiones subatmosféricas. Los dispositivos Alicat calculan los caudales midiendo la presión diferencial a través de una pila de flujo laminar. Dado que el flujo es laminar, podemos utilizar la ecuación de Hagen-Poiseuille para calcular la caída de presión causada por un dispositivo Alicat. La ecuación se anota como sigue:

∆P= 8ηLQ/(πr^4)

Dónde:
ΔP = caída de presión
L = longitud del tubo
η = viscosidad del fluido
Q = caudal volumétrico
r = radio del tubo
π = constante matemática Pi

Como los medidores de flujo másico Alicat miden la caída de presión internamente, L y r son constantes para cada dispositivo de flujo. Suponiendo que la viscosidad del gas (η) permanece igual, la caída de presión aumenta proporcionalmente al caudal volumétrico.

ΔP ∝ Qη

En una publicación de blog previa, explicamos que la disminución de la presión estática de la línea aumenta el volumen de gas que fluye a través del sistema y, por lo tanto, la tasa de flujo volumétrico. Con este pensamiento en mente, la relación anterior muestra que el aumento del flujo volumétrico (como resultado de nuestra disminución de la presión estática) también aumenta la caída de presión.

Para simplificar este concepto, voy a pretender que la temperatura permanece constante o no existe en el siguiente ejemplo. Digamos que lleno un globo que ha sido inflado para que quepa perfectamente a través de un tubo. Luego hago un viaje por carretera a las montañas con el mismo globo y el mismo tubo, e intento encajar el globo a través del tubo. Como estoy a mayor altura, hay menos presión comprimiendo las moléculas del globo, lo que hace que el globo aumente de tamaño y volumen. Todavía puedo colocar el globo a través del tubo, pero tengo que aplicar más fuerza ya que ahora toma más volumen y genera más resistencia contra las paredes del tubo. La caída de presión aumenta a medida que disminuye la presión estática.

Dimensionando medidores de flujo para aplicaciones subatmosféricas

Entender esta relación entre la presión estática y la caída de presión le ayudará a seleccionar el dispositivo de flujo másico apropiado para su aplicación subatmosférica. Las fichas técnicas del producto en nuestro sitio web proporcionan las caídas de presión de los medidores de flujo másico y controladores Alicat a presiones atmosféricas. Digamos que necesitamos encontrar un medidor de flujo másico que pueda medir un máximo de 500 sccm a media atmósfera (½ atm) de presión (alrededor de 7.4 psia). En nuestra publicación previa, vimos que 500 sccm se convierte en 1000 ccm en ½ atm. Ya que nuestros dispositivos por defecto están dimensionados para la tasa de flujo másico y no para la tasa de flujo volumétrico, usted necesitará aumentar el tamaño del dispositivo para acomodar el volumen incrementado del gas.

La solución es elegir un dispositivo de 1000 sccm (número de pieza Alicat M-1SLPM-D) en lugar de un dispositivo de 500 sccm (M-500SCCM-D), y luego solicitar un rango personalizado de 500 sccm para el flujo másico y 1000 ccm para el flujo volumétrico. Ambos instrumentos tienen caídas de presión a escala completa de 1 psid a 1 atm. En ½ atm, la caída de presión del medidor de flujo másico M-500SCCM-D teóricamente se duplicaría a 2 psid a escala completa, ya que el volumen del gas se ha duplicado. Sin embargo, usando el medidor M-1SLPM-D más grande en ½ atm resulta en una caída de presión a escala completa de 1 psid. Esencialmente, estamos doblando el tamaño del tubo para que quepa un globo que se ha duplicado en tamaño. En ¼ atm, usted necesitaría el medidor M-2SLPM-D con un rango de 500 SCCM para flujo másico y 2000 para flujo volumétrico, ya que el flujo volumétrico es ahora 4 veces el flujo másico.

Medidores de flujo másico con baja caída de presión

Ahora, esto funciona si usted tiene suficiente presión en su sistema subatmosférico para perder un psi entero a través del medidor de flujo. Si miramos la presión disponible en ½ atm, la caída de presión a través del medidor sobredimensionado M-1SLPM-D restringe 1 psid, o alrededor del 14% de su presión disponible. El trabajo es aún más apretado en ¼ atm, donde el medidor sobredimensionado M-2SLPM-D induce de nuevo 1 psid de caída de presión, que ahora es el 27% de la presión disponible. Esto no es óptimo, especialmente cuando usted está limitado en su presión disponible.

La caída de presión aumenta a medida que disminuye la presión estática. Elija un medidor de flujo másico de baja caída de presión para su uso en aplicaciones subatmosféricas.

Medidor de flujo másico de la serie Whisper, mostrado con pantalla a color opcional

¡Ajá! Alicat tiene una solución: Nuestra  serie de medidores de flujo másico de baja pérdida de carga de la serie “Whisper” son perfectos para este tipo de escenario, ya que sus caídas de presión son muy bajas en comparación con nuestros medidores estándar de la serie M. Un medidor Whisper MW-1SLPM-D de gran tamaño tiene una caída de presión de sólo 0,07 psid en ½ atm y 500 sccm, que ahora son sólo el 1% de la presión disponible. Tanto el medidor de flujo másico estándar como el medidor Whisper funcionarán con la misma precisión bajo estas condiciones, pero usando un Whisper con una baja caída de presión le dará mucho más espacio para respirar en términos de pérdida

Si tiene alguna pregunta sobre su aplicación subatmosférica o de vacío, póngase en contacto con Alicat (info@alicat.com o llame al 888-290-6060) para que uno de nuestros ingenieros de aplicaciones pueda ayudarle a encontrar la solución correcta.

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