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Conservação de Massa e Medições de Taxa de Fluxo

Visão Geral

Fonte: Ricardo Mejia-Alvarez e Hussam Hikmat Jabbar, Departamento de Engenharia Mecânica, Michigan State University, East Lansing, MI

O objetivo deste experimento é demonstrar a calibração de uma passagem de fluxo como um medidor de fluxo usando uma formulação de volume de controle (CV) [1, 2]. A análise cv se concentra no efeito macroscópico do fluxo nos sistemas de engenharia, em vez da descrição detalhada que poderia ser alcançada com uma análise diferencial detalhada. Essas duas técnicas devem ser consideradas abordagens complementares, pois a análise cv dará ao engenheiro uma base inicial sobre qual caminho seguir ao projetar um sistema de fluxo. Em linhas gerais, uma análise de CV dará ao engenheiro uma ideia da troca de massa dominante em um sistema, e deve ser idealmente o passo inicial a ser dados antes de buscar qualquer projeto ou análise detalhado através de formulação diferencial.

O principal princípio por trás da formulação cv para conservação de massa é substituir os detalhes de um sistema de fluxo por um volume simplificado fechado no que é conhecido como superfície de controle (CS). Esse conceito é imaginário e pode ser definido livremente para simplificar a análise de forma inteligente. Por exemplo, o CS deve 'cortar' portas de entrada e saída em uma direção perpendicular à velocidade dominante. Em seguida, a análise consistiria em encontrar o equilíbrio entre o fluxo de massa líquido através do CS e a taxa de mudança de massa dentro do CV. Esta técnica será demonstrada com a calibração de uma contração suave como um medidor de fluxo.

Procedimento

1. Definindo a instalação

  1. Certifique-se de que não há fluxo na instalação.
  2. Verifique se o sistema de aquisição de dados segue o esquema na Figura 1B.
  3. Conecte a porta positiva do transdutor de pressão #1 (ver Figura 1B para referência) ao tubo Pitot transversal ( ).
  4. Conecte a porta negativa deste mesmo transdutor de pressão à sonda estática da passagem de admissão (

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Resultados

Para uma dada restrição do fluxo na descarga do ventilador, a Figura 3A mostra as medidas de pressão dinâmica ( ) em diferentes locais radiais dentro do tubo após atravessar com o tubo Pitot. Esses valores foram utilizados para determinar a velocidade local nesses locais radiais, e os resultados são mostrados na Figura 3B. Depois de usar a regra trapezoidal sobre esses dado...

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Aplicação e Resumo

Demonstramos a aplicação da análise de volume de controle da conservação da massa para calibrar uma passagem de fluxo como medidor de fluxo. Para isso, demonstramos o uso de um sistema pitot-estático para determinar a taxa de fluxo através da passagem de fluxo usando a integração sobre o perfil de velocidade. Em seguida, o conceito de coeficiente de descarga foi incorporado para explicar o efeito do crescimento da camada de fronteira perto das paredes da passagem de fluxo. Com base em um conjunto de medições d...

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Referências
  1. White, F. M. Fluid Mechanics, 7th ed., McGraw-Hill, 2009.
  2. Munson, B.R., D.F. Young, T.H. Okiishi. Fundamentals of Fluid Mechanics. 5th ed., Wiley, 2006.
  3. Chapra, S.C. and R.P. Canale. Numerical methods for engineers. Vol. 2. New York: McGraw-Hill, 1998.
  4. Buckingham, E. Note on contraction coefficients of jets of gas. Journal of Research, 6:765-775, 1931.
  5. Lienhard V, J.H. and J.H. Lienhard IV. Velocity coefficients for free jets from sharp-edged orifices. ASME Journal of Fluids Engineering, 106:13-17, 1984.
Tags
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0:07

Overview

1:12

Principles of Control Volume Analysis for Conservation of Mass

5:51

Setup and Calibration

8:21

Data Acquisition

9:51

Data Analysis

11:16

Results

12:26

Applications

13:12

Summary

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