Débit volumétrique: Calcul et ce qui l'affecte
Le débit volumétrique permet de déterminer le volume de fluide qui traverse une section du conduit et offre une mesure de la vitesse à laquelle le fluide le traverse. Par conséquent, sa mesure est particulièrement intéressante dans des domaines aussi divers que l'industrie, la médecine, la construction et la recherche, entre autres.
Cependant, mesurer la vitesse d’un fluide (qu’il s’agisse d’un liquide, d’un gaz ou d’un mélange des deux) n’est pas aussi simple que de mesurer la vitesse de déplacement d’un corps solide. Par conséquent, il arrive que pour connaître la vitesse d'un fluide, il faut connaître son écoulement.
Cette branche et beaucoup d’autres questions liées aux fluides sont traitées par la branche de la physique connue sous le nom de mécanique des fluides. Le débit est défini comme la quantité de fluide traversant une section d'un conduit, qu'il s'agisse d'un pipeline, d'un oléoduc, d'une rivière, d'un canal, d'un conduit de sang, etc., en tenant compte d'une unité temporaire.
Habituellement, le volume qui traverse une certaine zone est calculé en une unité de temps, également appelée débit volumétrique. La masse ou le débit massique qui traverse une certaine zone à un moment donné est également défini, bien qu’il soit utilisé moins fréquemment que le débit volumétrique.
Calcul
Le débit volumétrique est représenté par la lettre Q. Dans les cas où le débit se déplace perpendiculairement à la section du conducteur, il est déterminé à l'aide de la formule suivante:
Q = A = V / t
Dans cette formule, A est la section du conducteur (c'est la vitesse moyenne du fluide), V le volume et t le temps. Etant donné que dans le système international, la surface ou la section du conducteur est mesurée en m2 et la vitesse en m / s, le débit est mesuré en m3 / s.
Dans les cas où la vitesse de déplacement du fluide crée un angle θ avec la direction perpendiculaire à la section de la surface A, l'expression permettant de déterminer l'écoulement est la suivante:
Q = A cos θ
Ceci est cohérent avec l'équation précédente, puisque lorsque le flux est perpendiculaire à la zone A, θ = 0 et, par conséquent, cos θ = 1.
Les équations ci-dessus ne sont vraies que si la vitesse du fluide est uniforme et si la surface de la section est plate. Sinon, le débit volumétrique est calculé via l'intégrale suivante:
Q = ∫∫ s vd S
Dans cette intégrale, dS est le vecteur de surface, déterminé par l'expression suivante:
dS = n dS
Là, n est le vecteur unitaire normal à la surface du conduit et dS un élément de surface différentiel.
Équation de continuité
Une caractéristique des fluides incompressibles est que la masse du fluide est conservée au moyen de deux sections. Par conséquent, l'équation de continuité est remplie, ce qui établit la relation suivante:
ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2
Dans cette équation, ρ est la densité du fluide.
Pour les cas de régimes en écoulement permanent, dans lesquels la densité est constante et, par conséquent, il est satisfait que ρ 1 = ρ 2, elle est réduite à l'expression suivante:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Ceci revient à affirmer que le flux est conservé et donc:
Q 1 = Q 2 .
De l'observation de ce qui précède, on en déduit que les fluides sont accélérés lorsqu'ils atteignent une section plus étroite d'un conduit, alors qu'ils réduisent leur vitesse lorsqu'ils atteignent une section plus large d'un conduit. Ce fait a des applications pratiques intéressantes, car il permet de jouer avec la vitesse de déplacement d'un fluide.
Principe de Bernoulli
Le principe de Bernoulli détermine que pour un fluide idéal (c'est-à-dire un fluide qui n'a ni viscosité ni friction) qui se déplace en régime de circulation par un conduit fermé, il est satisfait que son énergie reste constante tout au long de son déplacement.
En fin de compte, le principe de Bernoulli n’est rien d’autre que la formulation de la loi de conservation de l’énergie pour la circulation d’un fluide. Ainsi, l'équation de Bernoulli peut être formulée comme suit:
h + v2 / 2g + P / ρg = constant
Dans cette équation, h est la hauteur et g est l’accélération de la gravité.
Dans l'équation de Bernoulli, l'énergie d'un fluide est prise en compte à tout moment, énergie composée de trois composants.
- une composante de caractère cinétique incluant l'énergie, due à la vitesse à laquelle le fluide se déplace.
- une composante générée par le potentiel gravitationnel, conséquence de la hauteur à laquelle se trouve le fluide.
- une composante de l'énergie de l'écoulement, qui correspond à l'énergie qu'un fluide doit à la pression.
Dans ce cas, l'équation de Bernoulli est exprimée comme suit:
h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = constant
Logiquement, dans le cas d'un fluide réel, l'expression de l'équation de Bernoulli n'est pas remplie, car des pertes de friction se produisent lors du déplacement du fluide et il est nécessaire de recourir à une équation plus complexe.
Qu'est-ce qui affecte le flux volumétrique?
Le débit volumétrique sera affecté s'il y a une obstruction dans le conduit.
De plus, le débit volumétrique peut également varier en raison des variations de température et de pression dans le fluide réel circulant dans un conduit, en particulier s'il s'agit d'un gaz, car le volume occupé par un gaz varie en fonction de la température. température et pression.
Méthode simple de mesure du débit volumétrique
Une méthode très simple pour mesurer le débit volumétrique consiste à laisser un fluide s'écouler dans un réservoir de mesure pendant un certain temps.
Cette méthode n’est généralement pas très pratique, mais la vérité est qu’il est extrêmement simple et très illustratif de comprendre le sens et l’importance de connaître le flux d’un fluide.
De cette manière, le fluide peut s'écouler dans une cuve de mesure pendant un certain temps, le volume accumulé est mesuré et le résultat obtenu est divisé par le temps écoulé.
