"Come calcolare la portata volumetrica di un fluido?" è una delle domande più frequenti in un'industria chimica per l'esecuzione regolare, sicura ed economica di un processo.
Il movimento dei fluidi attraverso un tubo in un impianto di ingegneria ha una grande importanza soprattutto per garantire la corretta proporzione di sostanze chimiche diverse per una reazione. Il calcolo della portata volumetrica da diverse entità gioca un ruolo importante.
La portata volumetrica è il volume di un fluido che scorre attraverso un tubo, condotto, canale o altro questo tipo di struttura per unità di tempo.
Portata volumetrica, Q o V=Av
Dove A= Area della sezione trasversale di una sezione in m2
E v=Velocità media del fluido lungo la sezione in m/s.
L'unità di Portata volumetrica è m3/s(metri cubi/secondo), m3/h(metro cubo/ora), l/s (litro/secondo), l/min.(litro/minuto), ml/s(millilitro/secondo) ecc.
In caso di portata molto piccola (ad esempio fluido all'interno di una siringa), si preferisce ml/s e per una portata volumetrica molto grande (ad esempio flusso d'acqua in un fiume), è espressa in m3/ H.
Come calcolare la portata volumetrica dal volume e dal tempo?
La portata volumetrica è un termine comune associato alla misurazione del flusso, soprattutto in caso di liquidi e gas.
Per calcolare la portata volumetrica di un fluido utilizzando la quantità di fluido che passa (in metri cubi) un passaggio in un determinato periodo di tempo (in secondi), possiamo utilizzare la seguente formula:
Portata volumetrica, Q=V/t
Portata volumetrica di un fluido (gas e liquido) è il volume di fluido che passa in un dato punto in un dato periodo di tempo. Le unità sono litri/minuto, centimetri cubi al minuto ecc. È indicato con Q o
Qui Volume del fluido =Ad
A è l'area della sezione trasversale del tubo in m2 e d è la distanza percorsa dal fluido in m
Q= Portata volumetrica m3/s o L/s .
V=Volume di fluido in litri o metri cubi
=Velocità media del flusso in m/s
Qui consideriamo il valore medio della velocità perché a causa della forza di attrito la velocità è meno vicino alla parete del tubo che nella parte centrale.
A=Area della sezione trasversale occupata dal fluido in movimento m2
Quindi,
Come trovare la portata volumetrica con la pressione?
Per il movimento di un fluido attraverso un condotto ci dovrebbe essere una differenza di pressione tra le due estremità del condotto, che viene definita gradiente di pressione.
L'equazione di Hagen Poiseuille fornisce la relazione tra calo di pressione e la portata di un fluido attraverso un lungo tubo cilindrico. L'equazione viene applicata per il flusso laminare di liquido incomprimibile che scorre attraverso un tubo di area della sezione trasversale costante.
Se consideriamo due punti nel percorso del flusso e osserviamo le pressioni, una grande differenza di la pressione determina una maggiore portata massica e viceversa.
Il trasporto di fluido attraverso un tubo è dovuto alle differenze di pressione, il fluido è forzato da un punto di alta pressione a un punto di bassa pressione.
La formula della legge di Poiseuille è data da
Dove \Delta p è la differenza di pressione tra le due estremità del tubo
L è la lunghezza del tubo,
μ è la dinamica viscosità,
è il volumetrico Portata,
R è il raggio del tubo,
A è la sezione trasversale del tubo.
Da Eq(1)
Usando Eq(2) possiamo determinare la portata volumetrica dal gradiente di pressione.
Una delle applicazioni comuni dell'equazione di Hagen-Poiseuille (o legge di Hagen-Poiseuille) si osserva nel flusso di liquido attraverso una cannuccia. Qui si considera la caduta di pressione dovuta alla viscosità del fluido.
Nel caso di fluidi incomprimibili come l'acqua possiamo applicare l'equazione di Bernoulli per conoscere la relazione tra flusso del fluido e pressione. Qui, la velocità del fluido di un flusso non viscoso incomprimibile è determinata dalle misurazioni della pressione.
Matematicamente, il principio di Bernoulli può essere dato come:
P = pressione
v = velocità
ρ = densità del fluido
g = gravità
h = altezza
Come trovare la portata volumetrica senza velocità?
La portata volumetrica è un termine comune associato alla misurazione del flusso, soprattutto in caso di liquidi e gas.
L'equazione per trovare la portata volumetrica di un fluido senza conoscerne la velocità è la seguente:
Q=V/t
Dove Q=Volume Portata m3/s
V = Volume del fluido che passa attraverso una particolare area della sezione trasversale in m3
t = Tempo impiegato dal secondo fluido
Nella figura sopra, un fluido sta passando attraverso un condotto, se V è il volume di fluido attraversato un'area della sezione trasversale unitaria A del tubo entro un periodo di tempo 't', allora la portata volumetrica Q è data da
Q=V/t
Come calcolare la portata volumetrica dell'aria?
Diverso tipi di dispositivi vengono utilizzati per misurare la portata volumetrica Tasso di un fluido a seconda della sua precisione nella misurazione e del suo prezzo nel mercato.
Per calcolare la portata volumetrica dell'aria possiamo utilizzare la seguente formula:
Q=Area della sezione trasversale x Velocità media
Generalmente la velocità dell'aria, cioè la distanza percorsa dall'aria nell'unità di tempo, è rappresentata in piedi al minuto, non è uniforme in ciascuna porzione del condotto.
La velocità dell'aria è più bassa vicino alle pareti del condotto a causa dell'attrito, considerando ciò possiamo utilizzare un tubo di Pitot medio con diversi punti di rilevamento per ottenere la velocità media in modo più preciso.
Se la dimensione del condotto ci è nota, possiamo facilmente calcolare l'area della sezione trasversale del condotto e quindi moltiplicarla per la velocità media, possiamo determinare la portata volumetrica, generalmente in piedi cubi al minuto.
I seguenti dispositivi misurano la portata volumetrica:
- Spostamento positivo metri
- Contalitri a turbina
- Piastre ad orifizio
- Venturi
- Metri di vortice
- tubi di Pitot
- Rotometri
Come calcolare la portata volumetrica dell'acqua?
La quantità di acqua che scorre attraverso un condotto o un tubo in un determinato periodo di tempo noto come portata volumetrica può essere calcolata utilizzando la seguente equazione:
Q=Area della sezione trasversale x Velocità media
Qui consideriamo la velocità media dell'acqua poiché la velocità dell'acqua non è uniforme su tutto il tubo, la velocità è massima al centro del tubo e minima vicino alla porzione laterale.
Diversi tipi di Vengono utilizzati dispositivi di misurazione del flusso, la maggior parte di essi segue il teorema di Bernoulli per determinare la velocità del flusso in base alla pressione gradiente tra due punti nel passaggio del fluido.
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Problemi relativi alla portata volumetrica
Problema 1: L'acqua scorre attraverso un tubo di raggio interno 10 cm con una portata volumetrica di 0.50 m3/S. Calcola la velocità dell'acqua attraverso il tubo.
Soluzione: I dati forniti sono:
Raggio del tubo, r=10 cm=0.1m
Portata volumetrica, Q=0.50 m3/s
Ora l'area del tubo,A= πr2=3.14 x 0.01=0.0314 m2
Sappiamo che Q=vA
Qui v è la velocità o velocità dell'acqua in m/s
Velocità dell'acqua,v=Q/A=0.50/0.0314=15.92 m/s
Problem2: Un ugello con un raggio di 0.150 cm è collegato a un tubo da giardino con un raggio di 0.700 cm. La portata attraverso il tubo e l'ugello è di 0.500 L/s. Determinare la velocità dell'acqua (a) nel tubo e (b) nell'ugello.
Soluzione:
(a) velocità dell'acqua nella manichetta
Sappiamo che Q=vA
Raggio del tubo,r1=0.700cm=0.007m
Area del tubo A1=πr2=3.14 x 0.000049=00015 m2
Portata,Q=0.500 L/s=0.0005 m3/s
Pertanto la velocità dell'acqua nel tubo,v1=Q/A1=.0005/.00015=3.33m/s
(b) velocità dell'acqua nell'ugello.
Raggio dell'ugello,r2=.150cm=.0015m
Sappiamo dall'equazione di continuità, A1v1=A2v2
Quindi,
Adesso,
Sono Sangeeta Das. Ho completato il mio Master in Ingegneria Meccanica con specializzazione in Motori IC e Automobili. Ho circa dieci anni di esperienza nell'industria e nel mondo accademico. La mia area di interesse comprende motori IC, aerodinamica e meccanica dei fluidi. Puoi contattarmi a
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