Fluxo volumétrico: cálculo e o que o afeta - Ciência - 2023

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o fluxo volumétrico permite que o volume de fluido que passa por uma seção do conduíte seja determinado e fornece uma medida da velocidade com que o fluido se move através dele. Portanto, sua medição 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 deslocamento de um corpo sólido. Portanto, ocorre que para saber a velocidade de um fluido é necessário conhecer seu fluxo.

Esta e muitas outras questões relacionadas aos fluidos são tratadas pelo ramo da física conhecido como mecânica dos fluidos. O fluxo é definido como a quantidade de fluido que passa por uma seção de um conduto, seja ele um oleoduto, um oleoduto, um rio, um canal, um conduto de sangue, etc., levando em consideração uma unidade de tempo.


Normalmente é calculado o volume que passa por uma determinada área em uma unidade de tempo, também chamado de fluxo volumétrico. A massa ou fluxo de massa que passa por uma determinada área em um momento específico também é definido, embora seja usado com menos frequência do que o fluxo volumétrico.

Cálculo

A vazão volumétrica é representada pela letra Q. Para os casos em que o fluxo se move perpendicularmente à seção do condutor, é determinado com a seguinte fórmula:

Q = A = V / t

Nesta fórmula, A é a seção do condutor (é a velocidade média do fluido), V é o volume e t é o tempo. Já que 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 de deslocamento do fluido cria um ângulo θ com a direção perpendicular à seção de superfície A, a expressão para determinar a taxa de fluxo é a seguinte:


Q = A cos θ

Isso é consistente com a equação anterior, pois 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 a área da seção for plana. Caso contrário, o fluxo volumétrico é calculado por meio do seguinte integral:

Q = ∫∫s v d S

Neste dS integral está o vetor de superfície, determinado pela seguinte expressão:

dS = n dS

Nesse caso, n é o vetor unitário normal à superfície do duto e dS um elemento diferencial de superfície.

Equação de continuidade

Uma característica dos fluidos incompressíveis é que a massa do fluido é conservada por meio de duas seções. Por este motivo, a equação de continuidade é satisfeita, que estabelece a seguinte relação:


ρ1 PARA1 V1 = ρ2 PARA2 V2

Nesta equação, ρ é a densidade do fluido.

Para os casos de regimes em escoamento permanente, em que a densidade é constante e, portanto, é verdade que ρ1 = ρ2, é reduzido à seguinte expressão:

PARA1 V1 = A2 V2

Isso equivale a afirmar que o fluxo é conservado e, portanto:

Q1 = Q2.

A partir da observação do acima, segue-se que os fluidos aceleram quando atingem uma seção mais estreita de um conduto, enquanto eles desaceleram quando alcançam uma seção mais ampla de um conduto. Este fato tem aplicações práticas interessantes, pois permite brincar com a velocidade de movimento de um fluido.

Princípio de Bernoulli

O princípio de Bernoulli determina que, para um fluido ideal (isto é, um fluido que não tem viscosidade nem atrito) que se move em circulação através de um conduto fechado, sua energia permanece constante durante todo o 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 forma:

h + v2 / 2g + P / ρg = constante

Nessa equação, h é a altura eg é a aceleração da gravidade.

A equação de Bernoulli leva em consideração a energia de um fluido a qualquer momento, uma energia composta por três componentes.

- Um componente cinético que inclui energia, devido à velocidade com que o fluido se move.

- Componente gerado pelo potencial gravitacional, em consequência da altura em que o fluido se encontra.

- Um componente da energia do fluxo, que é a energia que um fluido possui 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 se cumpre, pois as perdas por atrito ocorrem no deslocamento do fluido e é necessário recorrer a uma equação mais complexa.

O que afeta o fluxo volumétrico?

O fluxo de volume será afetado se houver um bloqueio no duto.

Além disso, a vazão volumétrica também pode mudar devido a variações de temperatura e pressão no fluido real que se move através de um conduto, especialmente se este for um gás, uma vez que o volume que um gás ocupa varia em função do temperatura e pressão.

Método simples de medição de fluxo volumétrico

Um método realmente simples de medir o fluxo volumétrico é deixar um fluido fluir para um tanque de medição por um determinado 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 saber a taxa de fluxo de um fluido.

Dessa forma, o fluido pode fluir para um tanque dosador por um período de tempo, o volume acumulado é medido e o resultado obtido é dividido pelo tempo decorrido.

Referências 

  1. Fluxo (fluido) (n.d.). Na Wikipedia. Obtido em 15 de abril de 2018 em es.wikipedia.org.
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  4. Mott, Robert (1996). "1".Mecânica de fluidos aplicada (4ª edição). México: Pearson Education.
  5. Batchelor, G.K. (1967).Uma introdução à dinâmica dos fluidos. Cambridge University Press.
  6. Landau, L.D.; Lifshitz, E.M. (1987).Mecânica dos Fluidos. Curso de Física Teórica (2ª ed.). Pergamon Press.