Um medidor de Venturi com um diâmetro de garganta de 3 cm é usado em um cano de água com diâmetro de 6 cm . Se a diferença de pressão entre o cano principal e a garganta é de 5 kPa , calcule a vazão volumétrica de água através do cano. Considere o fluxo ideal e incompressível.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o enunciado está nos pedindo. Temos um medidor de Venturi, que é usado para medir a vazão de um fluido em um cano. Aqui, o cano principal tem um diâmetro de 6 cm e a garganta do Venturi tem um diâmetro de 3 cm. A diferença de pressão entre o cano principal e a garganta é de 5 kPa. Nosso objetivo é calcular a vazão volumétrica de água que passa pelo cano, assumindo que o fluxo é ideal e incompressível. Para resolver isso, vamos precisar usar a equação de Bernoulli e a equação de continuidade.
Passo 2
Vamos começar aplicando a equação de continuidade, que nos diz que a vazão é constante ao longo do fluxo. Isso significa que a área multiplicada pela velocidade do fluido é a mesma em ambos os pontos. Matematicamente, isso fica assim:
Onde
é a área e
é a velocidade do fluido nos pontos 1 (cano principal) e 2 (garganta).
Passo 3
Calculando as áreas dos dois pontos. A área de um círculo é dada por
, onde
é o diâmetro.
Para o cano principal (
cm = 0,06 m):
Para a garganta (
cm = 0,03 m):
Passo 4
Agora, usamos a equação de Bernoulli, que relaciona as pressões e velocidades nos dois pontos:
Sabemos que
kPa = 5000 Pa, e queremos encontrar
, que é a vazão volumétrica (
).
Passo 5
Substituímos
da equação de continuidade na equação de Bernoulli. Da equação de continuidade:
Substituindo na equação de Bernoulli:
Passo 6
Assumindo que a densidade da água
é aproximadamente 1000 kg/m³, podemos isolar
:
Calculando a razão das áreas:
Então:
Passo 7
Agora, usando a equação de continuidade para encontrar a vazão
:
Convertendo para litros por segundo (
):
Resposta
A vazão volumétrica de água através do cano é aproximadamente 2,31 litros por segundo.