Cuando diseña un sistema para mover fluidos, por ejemplo, una plataforma de extracción de gas natural, es esencial saber qué tan rápido fluye el fluido con el que está trabajando a través de las tuberías.Velocidad de flujo superficial(también conocido comovelocidad del líquido superficialovelocidad superficial del gas) es una forma de estimar la velocidad a la que unlíquido(es decir, gas o líquido) pasa a través de un objeto.
Calcular la velocidad superficial es relativamente fácil una vez que conoce la fórmula y las medidas requeridas. Siga leyendo para obtener más información sobre los supuestos que sustentan la velocidad superficial y cómo calcularla usted mismo.
La Fórmula de velocidad superficial
La velocidad de gas superficial (también conocida como velocidad de flujo superficial) es una estimación de la rapidez con la que un fluido pasa a través de un objeto (por ejemplo, una tubería) o un medio poroso (por ejemplo, grava). Se calcula mediante la siguiente fórmula:
u_s = \ frac {Q} {A}
- tuses la velocidad superficial de una fase dada en metros / segundo (m / s)
- Qes el caudal volumétrico de la fase, en metros cúbicos / segundo (m3/s)
- Aes el área de la sección transversal de la tubería o medio poroso por el que fluye el fluido, en metros cuadrados (m2).
La velocidad superficial es una estimación conveniente
En el mundo real, la mayoría de los flujos no son uniformes: el aire está formado por varios gases con diminutas partículas sólidas suspendidas en él. Los pozos de petróleo generalmente extraen una mezcla de petróleo, agua y gas natural de una sola vez. Estos fluidos que fluyen juntos, compuestos por varios componentes, se denominanmultifásico fluye.
La velocidad de flujo superficial ignora las otras fases para estimar únicamente la velocidad de la fase que le interesa.
Dinámica de fluidos: velocidad versus flujo
Supongamos que eres un paisajista en una zona muy lluviosa. Como tal, es importante que los canteros de jardín que pueda construir tengan un drenaje excelente para evitar inundaciones. Cuando está construyendo uno de estos lechos, ¿qué es más importante que sepa: la velocidad superficial del agua en el suelo o el caudal del agua a través del suelo? Es la tasa de flujo, como veremos a continuación.
Lavelocidad(ovelocidad superficial) de un fluido es una medida de lavelocidad y dirección promediolas partículas del fluido se mueven. Responde a la pregunta "¿qué tan rápido?" Es un parámetro importante cuando se usa un fluido para generar fuerza, porque la fuerza aumenta con la velocidad. El aire que sale de la boquilla debe moverse rápido para quitar el agua de las manos. La cantidad total de aire que sale de la máquina a lo largo del tiempo no importa en lo que respecta al secado.
Flujo(también conocido comotasa de flujo) es una medida del volumen de un fluido que se mueve entre dos lugares a lo largo del tiempo. En otras palabras, responde a la pregunta "¿cuánto y con qué rapidez?" El flujo es lo que necesita saber cuando está interesado en cuántos barriles de petróleo saca de su plataforma de perforación cada día. O cuánta agua puede caer sobre su jardín y qué tan rápido sin inundarlo.
Ejemplo de cálculo: velocidad de fluido superficial
Una ingeniera está diseñando un secador de manos y sabe que necesita aire para salir del dispositivo a una velocidad de unos 30 metros / segundo para eliminar eficazmente el agua de la piel. Su prototipo actual mueve 0,4 metros cúbicos / segundo de aire a través de una boquilla con un área de sección transversal de aproximadamente 0,0002 metros cuadrados. ¿Saldrá el aire de la boquilla a una velocidad suficiente?
u_s = \ frac {Q} {A} = \ frac {15} {0.4} = 37.5 \ text {m / s}
37,5 metros / segundo es más rápido que 30 metros / segundo, y está en el mismo estadio: ¡es un prototipo prometedor!