Debitul volumic este un termen din fizică care descrie cât de multă materie - în termeni de dimensiuni fizice, nu de masă - se deplasează prin spațiu pe unitate de timp. De exemplu, atunci când rulați un robinet de bucătărie, o cantitate dată de apă (pe care ați putea să o măsurați în uncii fluide, litri sau altceva) trece din deschiderea robinetului într-un anumit timp (de obicei secunde sau minute). Această cantitate este considerată debitul volumului.
Termenul „debit volumic” se aplică aproape întotdeauna lichidelor și gazelor; solidele nu „curg”, chiar dacă și ele se pot mișca într-un ritm constant prin spațiu.
Ecuația debitului de volum
Ecuația de bază pentru probleme de acest fel este
Q = AV
UndeÎeste debitul volumic,Aeste aria secțiunii transversale ocupată de materialul care curge șiVeste viteza medie a debitului.Veste considerat o medie deoarece nu fiecare parte a unui fluid care curge se mișcă cu aceeași viteză. De exemplu, pe măsură ce priviți apele unui râu care se îndreaptă în mod constant în aval la un anumit număr de galoane pe secundă, observați că suprafața are curenți mai încet aici și curenți mai rapizi acolo.
Secțiunea transversală este adesea un cerc în problemele debitului volumic, deoarece aceste probleme se referă adesea la conducte circulare. În aceste cazuri, găsiți zonaAprin pătrarea razei conductei (care este jumătate din diametru) și înmulțirea rezultatului cu constanta pi (π), care are o valoare de aproximativ 3,14159.
Unitățile obișnuite ale debitului SI (din franceză pentru „sistem internațional”, echivalent cu „metric”) sunt litri pe secundă (L / s) sau mililitri pe minut (mL / min). Deoarece SUA au folosit mult timp unități imperiale (englezești), este totuși mult mai frecvent să vezi debitele volumice exprimate în galoane / zi, galoane / min (gpm) sau picioare cubice pe secundă (cfs). Pentru a găsi debitele de volum în unități care nu sunt utilizate în mod obișnuit în acest scop, puteți utiliza un calculator de debit online, cum ar fi cel din Resurse.
Debitul de masă
Uneori, veți dori să cunoașteți nu doar volumul de fluid care se mișcă pe unitate de timp, ci cantitatea de masă pe care aceasta o reprezintă. Acest lucru este evident critic în inginerie, atunci când trebuie să știe cât de multă greutate poate ține în siguranță o anumită conductă sau alt canal sau rezervor de fluid.
Formula debitului de masă poate fi derivată din formula debitului de volum prin înmulțirea întregii ecuații cu densitatea fluidului,ρ. Acest lucru rezultă din faptul că densitatea este masa împărțită la volum, ceea ce înseamnă, de asemenea, că masa este egală cu densitatea și volumul. Ecuația fluxului de volum are deja unități de volum pe unitate de timp, deci pentru a obține masa pe unitate de timp, trebuie pur și simplu să înmulțiți cu densitatea.
Prin urmare, ecuația debitului de masă este
\ dot {m} = \ rho AV
ṁ, sau „punct m”, este simbolul obișnuit pentru debitul de masă.
Probleme cu debitul de volum
Spuneți că vi s-a dat o conductă cu o rază de 0,1 m (10 cm, aproximativ 4 inci) și vi s-a spus că trebuie să utilizați această conductă pentru a scurge un rezervor complet de apă plină în mai puțin de o oră. Rezervorul este un cilindru cu o înălțime (h) de 3 metri și un diametru de 5 metri. Cât de repede va avea nevoie curentul de apă pentru a se deplasa prin conductă, în m3/ s, pentru a realiza această treabă? Formula pentru volumul unui cilindru este:
V = \ pi r ^ 2 h
Ecuația interesului esteÎ = AV, iar variabila pentru care rezolvați esteV.
Mai întâi, calculați volumul de apă din rezervor, amintindu-vă că raza este jumătate din diametru:
V = \ pi (2.5 \ text {m}) ^ 2 (3 \ text {m}) = 58.9 \ text {m} ^ 3
Apoi, determinați numărul de secunde într-o oră:
60 \ text {s / min} \ times 60 \ text {min / h} = 3600 \ text {s}
Determinați debitul volumic necesar:
Q = \ frac {58.9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0.01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Acum determină zonaAa conductei de drenaj:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ text {m} ^ 2
Astfel, din ecuația pentru debitul de volum pe care îl aveți
V = \ frac {Q} {A} = \ frac {0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}} {0,0314 \ text {m} ^ 2} = 0,52 \ text {m / s} = 52 \ text {cm / s}
Apa trebuie forțată prin conductă cu o viteză rapidă, dar plauzibilă, de aproximativ o jumătate de metru, sau puțin peste 1,5 metri pe secundă, pentru a scurge în mod corespunzător rezervorul.