Fluxo volumétrico: cálculo e o que o afeta
O fluxo volumétrico permite determinar o volume de fluido que atravessa uma seção do conduto e oferece uma medida da velocidade com a qual o fluido se move através dele. Portanto, sua mensuração é especialmente interessante em áreas tão diversas como indústria, medicina, construção e pesquisa, entre outras.
No entanto, medir a velocidade de um fluido (seja um líquido, um gás ou uma mistura de ambos) não é tão simples quanto medir a velocidade de movimento de um corpo sólido. Portanto, acontece que para conhecer a velocidade de um fluido é necessário conhecer seu fluxo.
Esta e muitas outras questões relacionadas a fluidos são tratadas pelo ramo da física conhecido como mecânica dos fluidos. O fluxo é definido como a quantidade de fluido que passa através de uma seção de um eletroduto, seja uma tubulação, um oleoduto, um rio, um canal, um tubo de sangue, etc., levando em consideração uma unidade temporária.
Normalmente, o volume que cruza uma determinada área é calculado em uma unidade de tempo, também chamada de fluxo volumétrico. O fluxo de massa ou massa que atravessa uma determinada área em um tempo específico também é definido, embora seja usado com menos frequência do que o fluxo volumétrico.
Cálculo
O fluxo volumétrico é representado pela letra Q. Para os casos em que o fluxo se move perpendicularmente à seção do condutor, ele é determinado com a seguinte fórmula:
Q = A = V / t
Na referida fórmula A é a secção do condutor (é a velocidade média que o fluido tem), V é o volume et é o tempo. Como no sistema internacional a área ou seção do condutor é medida em m2 e a velocidade em m / s, o fluxo é medido m3 / s.
Para os casos em que a velocidade do deslocamento do fluido cria um ângulo θ com a direção perpendicular à seção da superfície A, a expressão para determinar o fluxo é a seguinte:
Q = A cos θ
Isto é consistente com a equação anterior, desde quando o fluxo é perpendicular à área A, θ = 0 e, conseqüentemente, cos θ = 1.
As equações acima só são verdadeiras se a velocidade do fluido for uniforme e se a área da seção for plana. Caso contrário, o fluxo volumétrico é calculado através da seguinte integral:
Q = ∫∫ s vd S
Neste dS integral é o vetor de superfície, determinado pela seguinte expressão:
dS = n dS
Lá, n é o vetor unitário normal à superfície do conduto e dS um elemento diferencial da superfície.
Equação de continuidade
Uma característica dos fluidos incompressíveis é que a massa do fluido é conservada por meio de duas seções. Portanto, a equação de continuidade é preenchida, o que estabelece a seguinte relação:
ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2
Nesta equação, ρ é a densidade do fluido.
Para os casos de regimes em fluxo permanente, em que a densidade é constante e, portanto, cumpre-se que ρ 1 = ρ 2, reduz-se à seguinte expressão:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Isso equivale a afirmar que o fluxo é conservado e, portanto:
Q 1 = Q 2 .
Da observação do exposto acima deduz-se que os fluidos são acelerados quando atingem uma secção mais estreita de uma conduta, enquanto reduzem a sua velocidade quando atingem uma secção mais larga de uma conduta. Este fato tem interessantes aplicações práticas, já que permite brincar com a velocidade de deslocamento de um fluido.
Princípio de Bernoulli
O princípio de Bernoulli determina que para um fluido ideal (isto é, um fluido que não tem nem viscosidad nem fricción) que se mova em regime de circulação por um conduto fechado se cumpre que sua energia permaneça constante ao longo de todo seu deslocamento.
Em última análise, o princípio de Bernoulli nada mais é do que a formulação da Lei de conservação de energia para o fluxo de um fluido. Assim, a equação de Bernoulli pode ser formulada da seguinte maneira:
h + v2 / 2g + P / ρg = constante
Nesta equação, h é a altura eg é a aceleração da gravidade.
Na equação de Bernoulli, a energia de um fluido é levada em conta a qualquer momento, energia que consiste em três componentes.
- Um componente de caráter cinético que inclui a energia, devido à velocidade com que o fluido se move.
- Um componente gerado pelo potencial gravitacional, como conseqüência da altura em que o fluido está localizado.
- Um componente da energia do fluxo, que é a energia que um fluido deve devido à pressão.
Neste caso, a equação de Bernoulli é expressa da seguinte forma:
h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = constante
Logicamente, no caso de um fluido real, a expressão da equação de Bernoulli não é cumprida, uma vez que ocorrem perdas por atrito no deslocamento do fluido e é necessário recorrer a uma equação mais complexa.
O que afeta o fluxo volumétrico?
O fluxo volumétrico será afetado se houver obstrução no duto.
Além disso, o fluxo volumétrico também pode mudar devido a variações de temperatura e pressão no próprio fluido que passa por um duto, especialmente se este for um gás, já que o volume ocupado por um gás varia de acordo com o fluxo. temperatura e pressão.
Método simples de medir o fluxo volumétrico
Um método realmente simples para medir o fluxo volumétrico é deixar um fluido fluir para um tanque de medição por um certo período de tempo.
Esse método geralmente não é muito prático, mas a verdade é que é extremamente simples e muito ilustrativo entender o significado e a importância de conhecer o fluxo de um fluido.
Deste modo, o fluido pode fluir para um tanque de medição por um período de tempo, o volume acumulado é medido e o resultado obtido é dividido pelo tempo decorrido.
