Trouver le débit d'eau d'un bec, comme un robinet de jardin ou un robinet de salle de bain, est un exercice simple qui ne nécessite rien de plus qu'un seau et une minuterie. Le calcul du débit dans une auge ouverte, comme une gouttière ou le lit d'une rivière, est un peu plus compliqué, et le calcul du débit d'un liquide à l'intérieur d'un tuyau fermé est encore plus complexe.
La formule du débit, en général, est
Q=Moy
oùQest le débit,UNEest la section transversale en un point sur le trajet de l'écoulement etvest la vitesse du liquide en ce point. Dans certaines situations, comme celle de l'eau s'écoulant dans le lit d'une rivière, le calculUNEest difficile, et le mieux que vous puissiez faire est une approximation. Dans d'autres, comme celui d'un fluide circulant dans un tuyau fermé, il est difficile de mesurerv, mais vous n'êtes pas obligé. Si vous pouvez mesurer la pression du fluide, vous pouvez utiliser la loi de Poiseuille.
Calcul du débit à travers un orifice
Si vous avez besoin de connaître le débit à travers un orifice, tel qu'un robinet ou un goutteur, tout ce que vous avez faire est de laisser un certain volume s'accumuler dans un récipient et mesurer combien de temps il faut pour accumuler. Par exemple, vous pouvez mesurer le débit d'un robinet en laissant de l'eau remplir un seau de 5 gallons et en enregistrant l'heure. Divisez 5 par le temps qu'il a fallu pour obtenir le nombre de gallons par unité de temps. Si vous mesurez le temps en minutes, vous obtiendrez le résultat en gallons par minute.
Pour mesurer le débit à partir d'un petit orifice, comme celui d'un goutteur, vous aurez besoin d'un récipient beaucoup plus petit, comme un pot d'un quart, et d'une unité de temps plus longue, mais le principe est le même. Les goutteurs sont généralement évalués en nombre de gallons par heure qu'ils émettent. Un émetteur qui produit 1 gallon par heure remplira un pot d'un quart en 15 minutes.
Utilisation de la formule de débit
Si vous pouvez voir le fluide s'écouler, vous pouvez mesurer sa vitesse, et cela signifie que tout ce dont vous avez besoin est la zone à travers laquelle le fluide s'écoule pour calculer le débit à l'aide de la formuleQ = UNE × v.
Si le fluide s'écoule à travers un orifice ou un tube transparent, une façon de mesurer la vitesse est d'introduire le colorant comme marqueur et de chronométrer le temps qu'il faut au colorant pour passer deux points. Après avoir mesuré le rayon du tube ou de l'orifice, vous pouvez calculer la surface en utilisant πr2, puis utilisezv × UNEpour calculer le débit.
Pour s'écouler à travers des éléments naturels, comme le lit d'une rivière, vous devez approximer la zone. Supposons que la partie la plus profonde de la rivière soit le rayon d'un creux semi-cylindrique. Calculer l'aire de la section transversale en utilisant πr2, puis prenez la moitié de cela et utilisez-le pourUNEdans l'équationQ = v × UNEpour obtenir un débit approximatif.
Calcul du débit à l'aide de la pression
Lorsqu'un fluide s'écoule dans un tuyau fermé, vous ne pouvez pas le voir, vous ne pouvez donc pas mesurer sa vitesse. Cependant, si vous pouvez mesurer la pression du fluide - ce qui est généralement facile à faire à l'aide d'un manomètre - vous pouvez utiliser la loi de Poiseuille pour calculer le débit. D'après la loi de Poiseuille, le débitQvarie directement avec la différence de pressionpentre les extrémités du tuyau et la quatrième puissance du rayon du tuyaur4, et il varie inversement avec la longueur du tuyauL. L'équation est :
Q = \frac{π\Delta pr^4}{8μL}
oùµest la viscosité du fluide.
La loi de Poiseuille suppose un écoulement laminaire (non turbulent), ce qui est une hypothèse sûre aux basses pressions et aux petits diamètres de conduite.