Mass flow vs Volume flow

Wat is mass flow rate?

Mass flow rate is in feite de hoeveelheid gas of vloeistof die gedurende een bepaalde tijd stroomt, bijvoorbeeld uitgedrukt in kilogram per uur (kg/h) of gram per seconde (g/s). Op vergelijkbare wijze is een volume flow rate het volume van een gas of vloeistof dat gedurende een bepaalde tijd stroomt, uitgedrukt in eenheden als liter per uur (l/h) of kubieke centimeter per seconde (cm³/s).


 

Hoe hangen mass flow rate en volume flow rate samen?

Massa’s van vloeistoffen gedragen zich anders dan volumes. Volumes worden beïnvloed door veranderingen in procesomstandigheden zoals temperatuur en druk, maar massa’s niet. Hetzelfde geldt voor stromende massa’s en volumes.

De dichtheid van een gas of vloeistof, uitgedrukt in kg/dm3, legt een verband tussen het mass flow rate en het volume flow rate. Deze dichtheid is afhankelijk van temperatuur en druk: voor vloeistoffen geldt doorgaans dat hoge temperaturen leiden tot lage dichtheden en dat hoge druk leidt tot hoge dichtheden. Het effect is voor gassen groter dan voor vloeistoffen. De volume flow rate wordt verkregen door de mass flow rate te delen door de dichtheid van de vloeistof. Een volume flow rate varieert afhankelijk van temperatuur en druk, maar een mass flow rate  blijft bij veranderingen in temperatuur of druk constant.

Waarom volumetrische eenheden gebruiken voor mass flow rate?

Afgaand op bovenstaande logica zou een mass flow rate moeten worden uitgedrukt in eenheden van massa zoals g/h, mg/s enz. De meeste gebruikers denken en werken echter in volume-eenheden. Geen probleem. Om dichtheid te gebruiken voor het omrekenen van massflow naar volumetrische flow moeten we een set van een specifieke druk en temperatuur kiezen waarbij we de dichtheidswaarde voor het gas gebruiken. Wereldwijd zijn er heel wat van deze standaard referentieomstandigheden voor omrekening.

Bronkhorst gebruikt de volgende:

• Als de mass flow rate wordt uitgedrukt met ‘n’ in subscript zoals in ml_n/min of m³_n/h, betekent dit dat een vloeistofdichtheid bij een temperatuur van 0 °C en een druk van 1 atm (1013 mbar) zijn geselecteerd voor omrekening van mass flow rate naar volume flow rate. De ‘n’ in subscript staat voor normale referentieomstandigheden in Europese stijl.
• Dit komt overeen met het voorvoegsel ‘s’ in sccm (standaard kubieke centimeter per minuut) of slm (standaard liter per minuut), dat betrekking heeft op Amerikaanse standaardomstandigheden bij een temperatuur van 0 °C (32 °F) en een absolute druk van 1 atm (1013 mbar, 14.69 psia).
• Als alternatief worden een temperatuur van 20 °C en een druk van 1 atm (1013 mbar) gebruikt om te verwijzen naar Europese standaard referentieomstandigheden, aangegeven met ‘s’ in subscript in de volumetrische eenheden (ml_s/min, m³_s/h). Deze waarden liggen in de buurt van de gemiddelde omstandigheden van temperatuur en druk op zeeniveau.

Voorbeelden van mass flow & volume flow instrumenten

• De EL-FLOW Select massflowcontrollers worden gebruikt om lucht toe te voeren bij de productie van ijs, de zogenaamde beluchting. Mass flow rates worden meestal uitgedrukt in mln/min en ln/min.
• De nieuwe Bronkhorst FLEXI-FLOW instrumenten werken ook volgens het principe van de thermische massflowmeting. Met zeer korte responstijden – dankzij TCS-technologie (chipsensor) voor de vervaardiging van zeer compacte instrumenten die niet alleen massflowbereik maar ook gasdruk kunnen meten en regelen. 
• Bronkhorst mini CORI-FLOW instrumenten worden bijvoorbeeld toegepast bij de productie van mRNA-vaccins voor het nauwkeurig en reproduceerbaar meten van vloeibare ingrediënten van vaccins. Massflowbereiken voor vloeistoffen worden direct in massa-eenheden zoals gram per uur (g/h) uitgedrukt, vrijwel onafhankelijk van schommelingen in temperatuur en druk. 
• Bronkhorst ES-FLOW instrumenten meten en regelen volumetrische vloeistofflowbereiken door middel van ultrasone golven. Deze instrumenten meten in feite de stroomsnelheid: vermenigvuldigd met de doorsnede van de binnenkant van de buis levert dit het volumetrische flowbereik van de vloeistof op. Deze instrumenten worden bijvoorbeeld gebruikt om de hoeveelheid kleurstof, smaakstof en zuur te meten die aan het productieproces van snoep wordt toegevoerd.

Als het massflowbereik wordt uitgedrukt in volumetrische floweenheden, worden de referentieomstandigheden van temperatuur en druk van de floweenheid van het instrument altijd vermeld op het kalibratiecertificaat van Bronkhorst.

Hulp nodig?