ALIRAN VOLUMETRIK: PERHITUNGAN DAN APA YANG MEMPENGARUHINYA - FISIK - 2025

The aliran volume menentukan volume cairan yang mengalir melalui bagian dari saluran dan menyediakan ukuran kecepatan dengan yang perjalanan cairan olehnya. Oleh karena itu, pengukurannya sangat menarik di bidang-bidang yang beragam seperti industri, kedokteran, konstruksi dan penelitian, antara lain.

Namun, mengukur kecepatan fluida (baik itu cairan, gas, atau campuran keduanya) tidak sesederhana seperti mengukur kecepatan perpindahan benda padat. Oleh karena itu, untuk mengetahui kecepatan suatu fluida perlu diketahui alirannya.

Ini dan banyak pertanyaan lain yang berhubungan dengan fluida ditangani oleh cabang fisika yang dikenal sebagai mekanika fluida. Aliran didefinisikan sebagai berapa banyak cairan yang dilewati bagian saluran, baik itu pipa, pipa minyak, sungai, saluran, saluran darah, dll., Dengan mempertimbangkan satuan waktu.

Biasanya volume yang melewati area tertentu dalam satuan waktu dihitung, disebut juga aliran volumetrik. Massa atau aliran massa yang melewati area tertentu pada waktu tertentu juga ditentukan, meskipun aliran ini lebih jarang digunakan daripada aliran volumetrik.

Perhitungan

Laju aliran volumetrik diwakili oleh huruf Q. Untuk kasus di mana aliran bergerak tegak lurus dengan bagian konduktor, ditentukan dengan rumus berikut:

Q = A = V / t

Dalam rumus ini A adalah bagian dari konduktor (ini adalah kecepatan rata-rata fluida), V adalah volume dan t adalah waktu. Karena dalam sistem internasional, luas atau bagian konduktor diukur dalam m ² dan kecepatan dalam m / s, aliran diukur dalam m ³ / s.

Untuk kasus di mana kecepatan perpindahan fluida membentuk sudut θ dengan arah tegak lurus bagian permukaan A, persamaan untuk menentukan laju aliran adalah sebagai berikut:

Q = A cos θ

Hal ini konsisten dengan persamaan sebelumnya, karena ketika aliran tegak lurus dengan luas A, θ = 0 dan, akibatnya, cos θ = 1.

Persamaan di atas hanya benar jika kecepatan fluida seragam dan jika luas penampang datar. Jika tidak, aliran volumetrik dihitung melalui integral berikut:

Q = ∫∫ _s vd S

Dalam integral dS ini adalah vektor permukaan, ditentukan oleh persamaan berikut:

dS = n dS

Di sana, n adalah vektor satuan yang normal ke permukaan saluran dan dS adalah elemen diferensial permukaan.

Persamaan kontinuitas

Karakteristik fluida yang tidak dapat dimampatkan adalah massa fluida dikekalkan melalui dua bagian. Untuk alasan ini, persamaan kontinuitas terpenuhi, yang membentuk hubungan berikut:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

Dalam persamaan ini ρ adalah massa jenis fluida.

Untuk kasus rezim dalam aliran permanen, di mana kepadatan konstan dan, oleh karena itu, dapat dipastikan bahwa ρ ₁ = ρ ₂ , itu direduksi menjadi ekspresi berikut:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Ini setara dengan menegaskan bahwa aliran dipertahankan dan, oleh karena itu:

Pertanyaan ₁ = Pertanyaan ₂ .

Dari pengamatan di atas, dapat disimpulkan bahwa fluida berakselerasi ketika mencapai bagian saluran yang lebih sempit, sementara itu melambat ketika mencapai bagian saluran yang lebih luas. Fakta ini memiliki aplikasi praktis yang menarik, karena memungkinkan bermain dengan kecepatan pergerakan fluida.

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menentukan bahwa untuk fluida ideal (yaitu, fluida yang tidak memiliki viskositas atau gesekan) yang bergerak dalam sirkulasi melalui saluran tertutup, energinya tetap konstan selama seluruh perpindahannya.

Pada akhirnya, prinsip Bernoulli tidak lebih dari rumusan Hukum Kekekalan Energi untuk aliran fluida. Dengan demikian persamaan Bernoulli dapat dirumuskan sebagai berikut:

h + v ² / 2g + P / ρg = konstan

Dalam persamaan ini h adalah tinggi dan g adalah percepatan gravitasi.

Persamaan Bernoulli memperhitungkan energi fluida setiap saat, energi yang terdiri dari tiga komponen.

- Komponen kinetik yang mencakup energi, karena kecepatan pergerakan fluida.

- Komponen yang dibangkitkan oleh potensial gravitasi, sebagai konsekuensi dari ketinggian fluida tersebut.

- Komponen energi aliran, yaitu energi yang dimiliki fluida karena tekanan.

Dalam hal ini persamaan Bernoulli dinyatakan sebagai berikut:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = konstanta

Logikanya, dalam kasus fluida nyata ekspresi persamaan Bernoulli tidak terpenuhi, karena kerugian gesekan terjadi pada perpindahan fluida dan perlu menggunakan persamaan yang lebih kompleks.

Apa yang mempengaruhi aliran volumetrik?

Aliran volumetrik akan terpengaruh jika ada penyumbatan di saluran.

Selain itu, laju aliran volumetrik juga dapat berubah karena variasi suhu dan tekanan fluida nyata yang bergerak melalui suatu saluran, terutama jika ini adalah gas, karena volume yang ditempati suatu gas bervariasi sebagai fungsi dari suhu dan tekanan di tempatnya.

Metode sederhana untuk mengukur aliran volumetrik

Metode yang sangat sederhana untuk mengukur aliran volumetrik adalah membiarkan fluida mengalir ke tangki pengukur untuk jangka waktu tertentu.

Metode ini umumnya tidak terlalu praktis, tetapi kenyataannya sangat sederhana dan sangat ilustratif untuk memahami arti dan pentingnya mengetahui laju aliran suatu fluida.

Dengan cara ini, fluida dibiarkan mengalir ke tangki pengukur untuk jangka waktu tertentu, volume yang terakumulasi diukur dan hasil yang diperoleh dibagi dengan waktu yang telah berlalu.

Referensi

1. Arus (Cairan) (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 15 April 2018, dari es.wikipedia.org.
2. Laju aliran volumetrik (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 15 April 2018, dari en.wikipedia.org.
3. Engineers Edge, LLC. "Persamaan Laju Aliran Volumetrik Fluida". Engineers Edge
4. Mott, Robert (1996). "satu". Mekanika fluida terapan (edisi ke-4). Meksiko: Pendidikan Pearson.
5. Batchelor, GK (1967). Pengantar Dinamika Fluida. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Mekanika Fluida. Course of Theoretical Physics (edisi ke-2nd). Pergamon Press.