Encontrar a vazão de água de uma bica, como uma torneira de jardim ou torneira de banheiro, é um exercício simples que requer nada mais do que um balde e um cronômetro. Calcular a vazão em uma calha aberta, como uma calha ou leito de rio, é um pouco mais complicado, e calcular a vazão de um líquido dentro de um tubo fechado é ainda mais complexo.
A fórmula da taxa de fluxo, em geral, é
Q = Av
OndeQé a taxa de fluxo,UMAé a área da seção transversal em um ponto no caminho do fluxo evé a velocidade do líquido naquele ponto. Em algumas situações, como a da água que flui no leito de um rio, calculandoUMAé difícil, e o melhor que você pode fazer é uma aproximação. Em outros, como o de um fluido fluindo em um tubo fechado, é difícil medirv, mas você não precisa. Se você pode medir a pressão do fluido, pode usar a Lei de Poiseuille.
Calculando a vazão através de um orifício
Se você precisa saber a taxa de fluxo através de um orifício, como uma torneira ou um emissor de gotejamento, tudo que você tem a fazer é permitir que um certo volume se acumule em um recipiente e medir quanto tempo leva para acumular. Por exemplo, você pode medir a vazão de uma torneira permitindo que a água encha um balde de 5 galões e registrando o tempo. Divida 5 pelo tempo necessário para obter o número de galões por unidade de tempo. Se você medir o tempo em minutos, obterá o resultado em galões por minuto.
Para medir a vazão de um orifício pequeno, como o de um emissor de gotejamento, você precisará de um recipiente muito menor, como um jarro de um quarto, e uma unidade de tempo mais longa, mas o princípio é o mesmo. Os emissores de gotejamento são normalmente avaliados pelo número de galões por hora que emitem. Um emissor que libera 1 galão por hora encherá um frasco de um litro em 15 minutos.
Usando a Fórmula de Taxa de Fluxo
Se você pode ver o fluido fluindo, você pode medir sua velocidade, e isso significa que tudo que você precisa é a área através da qual o fluido está fluindo para calcular a taxa de fluxo usando a fórmulaQ = UMA × v.
Se o fluido estiver fluindo por um orifício ou tubo transparente, uma maneira de medir a velocidade é introduzir o corante como marcador e cronometrar quanto tempo o corante leva para passar por dois pontos. Depois de medir o raio do tubo ou orifício, você pode calcular a área usando πr2, então usev × UMApara calcular a taxa de fluxo.
Para fluir em recursos naturais, como o leito de um rio, é necessário aproximar a área. Suponha que a parte mais profunda do rio seja o raio de uma calha semicilíndrica. Calcule a área da seção transversal usando πr2, então pegue metade disso e use paraUMAna equaçãoQ = v × UMApara obter uma taxa de fluxo aproximada.
Cálculo da taxa de fluxo usando pressão
Quando um fluido está fluindo por um tubo fechado, você não pode vê-lo, portanto, não pode medir sua velocidade. No entanto, se você pode medir a pressão do fluido - o que geralmente é fácil de fazer, usando um manômetro - você pode usar a Lei de Poiseuille para calcular a taxa de fluxo. De acordo com a Lei de Poiseuille, a vazãoQvaria diretamente com a diferença de pressão Δpentre as extremidades do tubo e a quarta potência do raio do tubor4, e varia inversamente com o comprimento do tuboeu. A equação é:
Q = \ frac {π \ Delta pr ^ 4} {8μL}
Ondeµé a viscosidade do fluido.
A Lei de Poiseuille assume fluxo laminar (não turbulento), o que é uma suposição segura em baixas pressões e pequenos diâmetros de tubo.
