Contenuto
- Calcolo della portata attraverso un orifizio
- Utilizzando la formula della portata
- Calcolo della portata mediante pressione
Trovare la portata d'acqua da un beccuccio, come un rubinetto da giardino o un rubinetto del bagno, è un semplice esercizio che non richiede altro che un secchio e un timer. Il calcolo della portata in un canale aperto, come una grondaia o un letto del fiume, è un po 'più complicato e il calcolo della portata di un liquido all'interno di un tubo chiuso è ancora più complesso.
La formula della portata, in generale, è Q = UN × v, dove Q è la portata, UN è l'area della sezione trasversale in un punto del percorso del flusso e v è la velocità del liquido in quel punto. In alcune situazioni, come quella dell'acqua che scorre in un letto del fiume, calcolando UN è difficile e il meglio che puoi fare è un'approssimazione. In altri, come quello di un fluido che scorre in un tubo chiuso, è difficile da misurare v, ma non è necessario. Se riesci a misurare la pressione del fluido, puoi usare la legge di Poiseuilles.
Calcolo della portata attraverso un orifizio
Se devi conoscere la portata attraverso un orifizio, come un rubinetto o un gocciolatore, tutto ciò che devi fare è consentire ad un certo volume di accumularsi in un contenitore e misurare quanto tempo impiega ad accumularsi. Ad esempio, è possibile misurare la portata da un rubinetto consentendo all'acqua di riempire un secchio da 5 galloni e registrando il tempo. Dividi 5 per il tempo impiegato per ottenere il numero di galloni per unità di tempo. Se si misura il tempo in minuti, si otterrà il risultato in galloni al minuto.
Per misurare la portata da un piccolo orifizio, come quello di un emettitore di gocce, è necessario un contenitore molto più piccolo, come un barattolo da quart, e un'unità di tempo più lunga, ma il principio è lo stesso. Gli emettitori di gocce sono generalmente classificati in numero di galloni all'ora che emettono. Un emettitore che emette 1 gallone all'ora riempirà un barattolo da quart in 15 minuti.
Utilizzando la formula della portata
Se riesci a vedere il fluido che scorre, puoi misurare la sua velocità, e ciò significa che tutto ciò di cui hai bisogno è l'area attraverso la quale scorre il fluido per calcolare la portata usando la formula Q = UN × v.
Se il fluido scorre attraverso un orifizio o un tubo trasparente, un modo per misurare la velocità è introdurre il colorante come marcatore e il tempo che impiega il colorante a passare due punti. Dopo aver misurato il raggio del tubo o dell'orifizio, puoi calcolare l'area usando π_r_2, quindi utilizzare v × UN per calcolare la portata.
Per scorrere attraverso le caratteristiche naturali, come un letto di un fiume, devi approssimare l'area. Supponiamo che la parte più profonda del fiume sia il raggio di una depressione semicilindrica. Calcola l'area della sezione trasversale usando π_r_2, quindi prendine metà e usalo per UN nell'equazione Q = v × UN per ottenere una portata approssimativa.
Calcolo della portata mediante pressione
Quando un fluido scorre attraverso un tubo chiuso, non puoi vederlo, quindi non puoi misurarne la velocità. Tuttavia, se è possibile misurare la pressione del fluido - che di solito è facile da fare, utilizzando un manometro - è possibile utilizzare la legge di Poiseuilles per calcolare la portata. Secondo la legge di Poiseuilles, la portata Q varia direttamente con la differenza di pressione Δ_p_ tra le estremità del tubo e la quarta potenza del raggio del tubo r4e varia inversamente con la lunghezza del tubo L. L'equazione è:
Q = frac {π Delta pr ^ 4} {8μL}dove µ è la viscosità del fluido.
La legge di Poiseuilles presuppone un flusso laminare (non turbolento), un presupposto sicuro a basse pressioni e piccoli diametri di tubo.