Uno de los principios fundamentales en el estudio de la estática y la dinámica, particularmente en los fluidos, es la conservación de la masa. Este principio establece que la masa no se crea ni se destruye. En el análisis de ingeniería, la cantidad de materia dentro de un volumen predeterminado, que a veces se denomina volumen de control, permanece constante como resultado de este principio. El flujo de masa es la medida de la cantidad de masa que entra o sale del volumen de control. La ecuación que rige para calcular el flujo de masa es la ecuación de continuidad.
Defina el volumen de control. Por ejemplo, un volumen de control común en la ingeniería aeronáutica es una sección de prueba de túnel de viento. Por lo general, se trata de un conducto de sección transversal rectangular o circular que disminuye gradualmente de un área más grande a una más pequeña. Otro nombre para este tipo de volumen de control es boquilla.
Determine el área de la sección transversal por la que está midiendo el flujo de masa. Los cálculos son más fáciles si los vectores de velocidad que la atraviesan son perpendiculares al área, pero esto no es necesario. Para una boquilla, el área de la sección transversal suele ser la entrada o la salida.
Determine la velocidad del flujo que pasa a través del área de la sección transversal. Si el vector de velocidad es perpendicular, como en una boquilla, solo necesita tomar la magnitud del vector.
vector R = (r1) i + (r2) j + (r3) k magnitud R = sqrt (r1 ^ 2 + r2 ^ 2 + r3 ^ 2)
Determine la densidad del flujo másico en el área de la sección transversal. Si el flujo es incompresible, la densidad será constante en todo momento. Si aún no tiene la densidad disponible, como es común en los problemas teóricos, es posible que deba utilizar ciertos equipos como termopares o tubos pitot para medir la temperatura (T) y la presión (p) en el punto que desee medir flujo de masa. Luego puede calcular la densidad (rho) usando la ecuación de gas perfecto:
p = (rho) RT
donde R es la constante de gas perfecta específica del material de flujo.
Utilice la ecuación de continuidad para calcular el flujo de masa en la superficie. La ecuación de continuidad proviene del principio de conservación de la masa y generalmente se da como:
flujo = (rho) * A * V
Donde "rho" es la densidad, "A" es el área de la sección transversal y "V" es la velocidad en la superficie que se mide. Por ejemplo, si tuviera una boquilla con una entrada circular con un radio de 3 pies, A = pi * r ^ 2 = 3.14159 * 3 ^ 2 = 28.27 pies cuadrados. Si el flujo viaja a 12 pies / sy determina que la densidad es 0.0024 slugs / pie ^ 3, entonces el flujo másico es:
0,0024 * 28,7 * 12 = 4132,8 babosas / s