Utilizador:


Fluxo de Água

Storyboard

Em solo saturado, podem ocorrer situações em que ocorram variações de pressão. Essas variações, por sua vez, geram um fluxo que, neste caso, deve ocorrer dentro dos poros do solo. Como esses poros têm uma ordem de tamanho da ordem de micrômetros ou dezenas de micrômetros, o fluxo tende a ser laminar devido aos baixos números de Reynolds.

>Modelo

ID:(369, 0)



Mecanismos

Conceito

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Código
Conceito

Mecanismos

ID:(15202, 0)



Solução de densidade de fluxo de um canal

Conceito

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A solução obtida para a altura e os parâmetros o fluxo em um ponto de referência ($j_{s0}$) e la altura de referência da coluna de água ($h_0$) nos mostra que la densidade de fluxo ($j_s$) é igual a:

$ \displaystyle\frac{ j_s }{ j_{s0} } = \displaystyle\frac{1}{\sqrt{1 - \displaystyle\frac{ 2 x }{ x_0 }}} $



Podemos representar la densidade de fluxo ($j_s$) graficamente em termos dos fatores adicionais $j_s/j_{s0}$ e $x/x_0$ da seguinte maneira:



la densidade de fluxo ($j_s$) continua aumentando à medida que nos aproximamos do canal, à medida que la altura da coluna d'água no solo ($h$) diminui. Esse aumento é necessário para manter a velocidade do fluxo em la densidade de fluxo ($j_s$) ou, alternativamente, aumentá-la.

ID:(7827, 0)



Fluxo laminar através de um tubo

Conceito

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Quando um tubo preenchido com líquido de viscosidade viscosidade ($\eta$) é exposto a la pressão na posição inicial ($p_i$) em o posição no início do tubo ($L_i$) e la pressão na posição final (e) ($p_e$) em o posição na extremidade do tubo ($L_e$), gera-se uma diferença de pressão ($\Delta p$) ao longo de o comprimento do tubo ($\Delta L$), resultando no perfil de la velocidade em um raio do cilindro ($v$):



Em fluxos com valores baixos de o número de Reynolds ($Re$), onde a viscosidade é mais relevante do que a inércia do líquido, o fluxo se desenvolve de forma laminar, ou seja, sem a presença de turbulência.

ID:(2218, 0)



Folhas no córrego

Conceito

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No fluxo laminar, camadas adjacentes se movem e existe uma força gerada pela viscosidade entre elas. A camada mais rápida arrasta sua vizinha mais lenta, enquanto a mais lenta restringe o avanço da mais rápida.

Portanto, a força la força viscosa ($F_v$) gerada por ($$) sobre a outra é uma função de ($$), ($$) e ($$), como mostrado na seguinte equação:

$ F_v =- S \eta \displaystyle\frac{ \Delta v }{ \Delta z }$



ilustrado no seguinte diagrama:

ID:(7053, 0)



Fluir através de um cilindro

Conceito

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O fluxo laminar ao redor de um cilindro pode ser representado como múltiplas camadas cilíndricas deslizando sob a influência das camadas adjacentes. Nesse caso, la força viscosa ($F_v$) com o comprimento do tubo ($\Delta L$), la viscosidade ($\eta$) e as variáveis la posição radial no cilindro ($r$) e la velocidade em um raio do cilindro ($v$) é expresso como:

$ F_v =-2 \pi r \Delta L \eta \displaystyle\frac{ dv }{ dr }$



A camada na borda em ($$) permanece estacionária devido ao efeito de borda e, através de la viscosidade ($\eta$), retarda a camada adjacente que possui velocidade.

O centro é a parte que se move em la taxa de fluxo máxima ($v_{max}$), arrastando a camada circundante. Por sua vez, essa camada arrasta a próxima e assim por diante até atingir a camada em contato com a parede do cilindro, que está estacionária.



Dessa forma, o sistema transfere energia do centro para a parede, gerando um perfil de velocidade representado por:

$ v = v_{max} \left(1-\displaystyle\frac{ r ^2}{ R ^2}\right)$



com:

$ v_{max} =-\displaystyle\frac{ R ^2}{4 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$

ID:(7057, 0)



Fluxo de acordo com a equação de Hagen-Poiseuille

Conceito

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O perfil de la velocidade em um raio do cilindro ($v$) em o raio de posição em um tubo ($r$) nos permite calcular o fluxo de volume ($J_V$) em um tubo através da integração de toda a superfície, o que nos leva à conhecida lei de Hagen-Poiseuille.



O resultado é uma equação que depende de raio do cilindro ($R$) elevado à quarta potência. No entanto, é fundamental observar que este perfil de fluxo só é válido no caso de um fluxo laminar.

Assim, com isso, deduz-se de la viscosidade ($\eta$) que o fluxo de volume ($J_V$) diante de um comprimento do tubo ($\Delta L$) e ($$), a expressão:

$ J_V =-\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$

ID:(2216, 0)



Seção de fluido

Conceito

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Durante um tempo infinitesimal ($dt$), o fluido com uma velocidade média do fluido ($v$) se desloca uma distância infinitesimal ($ds$). Se la seção ($S$) for a quantidade de fluido que passa através de la seção ($S$) em o tempo infinitesimal ($dt$), ela é calculada da seguinte forma:

$dV = S ds = Sv dt$



Esta equação indica que o volume de fluido que flui através de la seção ($S$) em um tempo infinitesimal ($dt$) é igual ao produto da área da seção transversal e da distância percorrida pelo fluido nesse tempo. Isso permite o cálculo da quantidade de líquido que flui pelo canal dentro de um intervalo de tempo específico.

ID:(2212, 0)



Modelo

Conceito

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Variáveis

Símbolo
Texto
Variáveis
Unidades
$\Delta L$
DL
Comprimento do tubo
m
$j_s$
j_s
Densidade de fluxo
m^3/s
$\Delta p$
Dp
Diferença de pressão
Pa
$\Delta v$
Dv
Diferença de velocidade entre superfícies
m/s
$R$
R
Dimensão típica do sistema
m
$\Delta z$
Dz
Distância entre superfícies
m
$J_V$
J_V
Fluxo de volume
m^3/s
$Re$
Re
Número de Reynolds
-
$L_e$
L_e
Posição na extremidade do tubo
m
$L_i$
L_i
Posição no início do tubo
m
$r$
r
Posição radial no cilindro
m
$p_e$
p_e
Pressão na posição final (e)
Pa
$S$
S
Seção de poros
m^2
$v_{max}$
v_max
Taxa de fluxo máxima
m/s
$t$
t
Tempo
s
$v$
v
Velocidade em um raio do cilindro
m/s
$V$
V
Volume
m^3

Parâmetros

Símbolo
Texto
Variáveis
Unidades
$G_h$
G_h
Condutância hidráulica
m^4s/kg
$\rho_w$
rho_w
Densidade líquida
kg/m^3
$k$
k
Permeabilidade hidrodinâmica
m^2
$\pi$
pi
Pi
rad
$p_i$
p_i
Pressão na posição inicial
Pa
$R$
R
Raio do cilindro
m
$R_h$
R_h
Resistência hidráulica
kg/m^4s
$\eta$
eta
Viscosidade
Pa s


Parâmetro selecionado

Símbolo
Variáveis
Valor
Unidades
Valeur MKS
Unidades MKS

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Equação

#
Equação

$ \Delta L = L_e - L_i $

DL = L_e - L_i


$ \Delta p = p_e - p_i $

Dp = p_e - p_i


$ \Delta p = R_h J_V $

Dp = R_h * J_V


$ F_v =- S \eta \displaystyle\frac{ \Delta v }{ \Delta z }$

F_v =- S * eta * Dv / Dz


$ F_v =-2 \pi r \Delta L \eta \displaystyle\frac{ dv }{ dr }$

F_v =-2* pi * r * DL * eta *( dv / dr )


$ G_h =\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta | \Delta L | }$

G_h = pi * R ^4/(8* eta * abs( DL ))


$ j_s = \displaystyle\frac{ J_V }{ S }$

j_s = J_V / S


$ J_V =\displaystyle\frac{ dV }{ dt }$

J_V = @DIFF( V , t , 1 )


$ J_V = G_h \Delta p $

J_V = G_h * Dp


$ J_V =-\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$

J_V =- pi * R ^4* Dp /(8* eta * DL )


$ k = \displaystyle\frac{ R ^2}{8}$

k = R ^2/8


$ Re =\displaystyle\frac{ \rho R v }{ \eta }$

Re = rho * R * v / eta


$ R_h = \displaystyle\frac{1}{G_h }$

R_h = 1/ G_h


$ R_h =\displaystyle\frac{8 \eta | \Delta L | }{ \pi R ^4}$

R_h =8* eta * abs( DL )/( pi * R ^4)


$ S = \pi r ^2$

S = pi * r ^2


$ v = v_{max} \left(1-\displaystyle\frac{ r ^2}{ R ^2}\right)$

v = v_max *(1- ( r / R )^2)


$ v_{max} =-\displaystyle\frac{ R ^2}{4 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$

v_max = - R ^2* Dp /(4* DL * eta )

ID:(15221, 0)



Número de Reynolds

Equação

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O critério chave para determinar se um meio é laminar ou turbulento é o chamado número de Reynolds, que compara a energia associada à inércia com aquela associada à viscosidade. A primeira depende de la densidade líquida ($\rho_w$), ($$) e la dimensão típica do sistema ($R$), enquanto a segunda depende de la viscosidade ($\eta$), definindo-o como:

$ Re =\displaystyle\frac{ \rho R v }{ \eta }$

$\rho$
Densidade líquida
$kg/m^3$
$R$
Dimensão típica do sistema
$m$
$Re$
Número de Reynolds
$-$
$\eta$
Viscosidade
$Pa s$

A inércia de um meio pode ser entendida como proporcional à densidade da energia cinética, dada por:

$\displaystyle\frac{\rho_w}{2}v^2$



onde la densidade líquida ($\rho_w$) e la velocidade média do fluido ($v$) são variáveis.

Se considerarmos la força viscosa ($F_v$) como:

$F_v=S\eta\displaystyle\frac{v}{R}$



onde la seção ou superfície ($S$), la viscosidade ($\eta$), la velocidade média do fluido ($v$) e la dimensão típica do sistema ($R$) são propriedades do meio.

Lembrando que a energia é igual a la força viscosa ($F_v$) multiplicada por o distância percorrida ($l$). A densidade da energia perdida por viscosidade será igual à força multiplicada pela distância dividida pelo volume $S l$:

$\displaystyle\frac{F_vl}{Sl}=S\eta\displaystyle\frac{v}{R}\displaystyle\frac{l}{Sl}=\eta\displaystyle\frac{v}{R}$



Portanto, a relação entre a densidade de energia cinética e a densidade de energia viscosa é igual a um número adimensional conhecido como o número de Reynolds ($Re$). Se o número de Reynolds ($Re$) for várias ordens de magnitude maior que um, a inércia domina sobre a força viscosa e o fluxo se torna turbulento. Por outro lado, se o número de Reynolds ($Re$) for pequeno, a força viscosa domina e o fluxo se torna laminar.

$ Re =\displaystyle\frac{ \rho R v }{ \eta }$

O artigo original no qual Osborne Reynolds introduz o número que leva seu nome é:

Investigação Experimental das Circunstâncias que Determinam se o Movimento da Água Deve Ser Direto ou Sinuoso, e da Lei da Resistência em Canais Paralelos ("An Experimental Investigation of the Circumstances Which Determine Whether the Motion of Water Shall Be Direct or Sinuous, and of the Law of Resistance in Parallel Channels"), escrito por Osborne Reynolds e publicado em Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Vol. 174, pp. 935-982 (1883).

ID:(3177, 0)



Diferença de pressão

Equação

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Quando la pressão na posição inicial ($p_i$) e la pressão na posição final (e) ($p_e$) são conectados, uma la diferença de pressão ($\Delta p$) é criada, a qual é calculada usando a seguinte fórmula:

$ \Delta p = p_e - p_i $

$\Delta p$
Diferença de pressão
$Pa$
$p_e$
Pressão na posição final (e)
$Pa$
$p_i$
Pressão na posição inicial
$Pa$



la diferença de pressão ($\Delta p$) representa a diferença de pressão que fará o líquido fluir da coluna mais alta para a coluna mais baixa.

ID:(14459, 0)



Variação de comprimento

Equação

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Para descrever o fluxo, é definido um sistema de coordenadas no qual o líquido flui de o posição no início do tubo ($L_i$) para o posição na extremidade do tubo ($L_e$), indicando que a pressão em la pressão na posição inicial ($p_i$) é maior do que em la pressão na posição final (e) ($p_e$). Este movimento depende de o comprimento do tubo ($\Delta L$), que é calculado da seguinte forma:

$ \Delta L = L_e - L_i $

$\Delta L$
Comprimento do corpo
$m$
$L_e$
Posição na extremidade do tubo
$m$
$L_i$
Posição no início do tubo
$m$

ID:(3802, 0)



Força viscosa

Equação

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Quando um líquido de viscosidade $\eta$ flui entre duas superfícies $S$ a uma distância $dz$ com uma diferença de velocidade $dv_x$, ele experimenta uma força de viscosidade $F_v$ dada pela lei de Newton da viscosidade:

$ F_v =- S \eta \displaystyle\frac{ \Delta v }{ \Delta z }$

$\Delta v$
Diferença de velocidade entre superfícies
$m/s$
$\Delta z$
Distância entre superfícies
$m$
$F_v$
Força viscosa
$N$
$S$
Seção
$m^2$
$\eta$
Viscosidade
$Pa s$

ID:(3622, 0)



Força viscosa, caixa do cilindro

Equação

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Uma força viscosa ($F_v$) gerada por um líquido com viscosidade ($\eta$) entre algumas superfícies paralelas ($S$) e uma distância entre superfícies ($\Delta z$), juntamente com uma diferença de velocidade entre superfícies ($\Delta v$) e la velocidade em um raio do cilindro ($v$), é calculada da seguinte forma:

$ F_v =- S \eta \displaystyle\frac{ \Delta v }{ \Delta z }$



No caso de um cilindro, a superfície é definida por comprimento do tubo ($\Delta L$) e pelo perímetro de cada um dos cilindros internos, que é calculado multiplicando $2\pi$ por o raio de posição em um tubo ($r$). Com isso, la força de resistência no cilindro ($F_v$) é calculada usando la viscosidade ($\eta$) e la variação de velocidade entre dois raios ($dv$) para a largura do cilindro o variação do raio em um tubo ($dr$), resultando em:

$ F_v =-2 \pi r \Delta L \eta \displaystyle\frac{ dv }{ dr }$

$\Delta L$
Comprimento do tubo
$m$
$F_v$
Força viscosa
$N$
$\pi$
Pi
3.1415927
$rad$
$r$
Posição radial no cilindro
$m$
$R$
Raio do cilindro
$m$
$v$
Velocidade em um raio do cilindro
$m/s$
$\eta$
Viscosidade
$Pa s$

Como a força viscosa é

$ F_v =- S \eta \displaystyle\frac{ \Delta v }{ \Delta z }$



e a superfície do cilindro é

$S=2\pi R L$



onde $R$ é o raio e $L$ é o comprimento do canal, a força viscosa pode ser expressa como

$ F_v =-2 \pi r \Delta L \eta \displaystyle\frac{ dv }{ dr }$

onde $\eta$ representa a viscosidade e $dv/dr$ é o gradiente de velocidade entre a parede e o fluxo.

ID:(3623, 0)



Perfil de velocidade de um fluxo através de um cilindro

Equação

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Ao resolver a equação de fluxo com a condição de contorno, obtemos la velocidade em um raio do cilindro ($v$) como uma função de o raio de curvatura ($r$), representada por uma parábola centrada em la taxa de fluxo máxima ($v_{max}$) e igual a zero em o raio do cilindro ($R$):

$ v = v_{max} \left(1-\displaystyle\frac{ r ^2}{ R ^2}\right)$

$r$
Posição radial no cilindro
$m$
$R$
Raio do cilindro
$m$
$v_{max}$
Taxa de fluxo máxima
$m/s$
$v$
Velocidade em um raio do cilindro
$m/s$

Quando uma la diferença de pressão ($\Delta p$) age sobre uma seção com uma área de $\pi R^2$, com o raio do cilindro ($R$) como o raio de curvatura ($r$), ela gera uma força representada por:

$\pi r^2 \Delta p$



Essa força impulsiona o líquido contra a resistência viscosa, dada por:



Ao igualarmos essas duas forças, obtemos:

$\pi r^2 \Delta p = \eta 2\pi r \Delta L \displaystyle\frac{dv}{dr}$



O que nos leva à equação:

$\displaystyle\frac{dv}{dr} = \displaystyle\frac{1}{2\eta}\displaystyle\frac{\Delta p}{\Delta L} r$



Se integrarmos essa equação de uma posição definida por o raio de curvatura ($r$) até a borda onde o raio do cilindro ($R$) está (levando em consideração que a velocidade na borda é zero), podemos obter la velocidade em um raio do cilindro ($v$) como função de o raio de curvatura ($r$):



Onde:



é La taxa de fluxo máxima ($v_{max}$) no centro do fluxo.

.

ID:(3627, 0)



Velocidade máxima no fluxo através de um cilindro

Equação

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O valor de la taxa de fluxo máxima ($v_{max}$) no centro de um cilindro depende de la viscosidade ($\eta$), o raio do cilindro ($R$) e do gradiente criado por la diferença de pressão ($\Delta p$) e o comprimento do tubo ($\Delta L$), conforme representado abaixo:

$ v_{max} =-\displaystyle\frac{ R ^2}{4 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$

$\Delta L$
Comprimento do tubo
$m$
$R$
Raio do cilindro
$m$
$v_{max}$
Taxa de fluxo máxima
$m/s$
$\eta$
Viscosidade
$Pa s$

O sinal negativo indica que o fluxo sempre ocorre na direção oposta ao gradiente, ou seja, da área de maior pressão para a área de menor pressão.

ID:(3628, 0)



Fluxo de Volume Instantâneo

Equação

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O fluxo de volume ($J_V$) corresponde à quantidade volume ($V$) que flui pelo canal durante um tempo ($t$). Portanto, temos:

$ J_V =\displaystyle\frac{ dV }{ dt }$

$J_V$
Fluxo de volume
$m^3/s$
$t$
Tempo
$s$
$V$
Volume
$m^3$

ID:(12713, 0)



Lei de Hagen Poiseuille

Equação

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Se considerarmos o perfil de la velocidade em um raio do cilindro ($v$) para um fluido em um canal cilíndrico com raio de raio do cilindro ($R$), no qual la velocidade em um raio do cilindro ($v$) varia em função de um raio de posição em um tubo ($r$), podemos integrá-lo em toda a seção transversal do canal:

$J_V= \pi \displaystyle\int_0^Rdr r v(r)$



Isso nos leva à lei de Hagen-Poiseuille com os parâmetros o fluxo de volume ($J_V$), la viscosidade ($\eta$), la diferença de pressão ($\Delta p$) e o comprimento do tubo ($\Delta L$):

$ J_V =-\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$

$\Delta L$
Comprimento do tubo
$m$
$J_V$
Fluxo de volume
$m^3/s$
$\pi$
Pi
3.1415927
$rad$
$R$
Raio do cilindro
$m$
$\eta$
Viscosidade
$Pa s$

Se considerarmos o perfil de velocidade em um raio do cilindro ($v$) para um fluido em um canal cilíndrico, onde la velocidade em um raio do cilindro ($v$) varia em relação a raio de posição em um tubo ($r$) de acordo com a seguinte expressão:

$ v = v_{max} \left(1-\displaystyle\frac{ r ^2}{ R ^2}\right)$



envolvendo o raio do cilindro ($R$) e la taxa de fluxo máxima ($v_{max}$). Podemos calcular la taxa de fluxo máxima ($v_{max}$) utilizando la viscosidade ($\eta$), la diferença de pressão ($\Delta p$) e o comprimento do tubo ($\Delta L$) da seguinte forma:

$ v_{max} =-\displaystyle\frac{ R ^2}{4 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$



Se integrarmos a velocidade em toda a seção transversal do canal, obteremos o fluxo de volume ($J_V$), definida como a integral de $\pi r v(r)$ em relação a raio de posição em um tubo ($r$) de $0$ a raio do cilindro ($R$). Essa integral pode ser simplificada da seguinte maneira:

$J_V=-\displaystyle\int_0^Rdr \pi r v(r)=-\displaystyle\frac{R^2}{4\eta}\displaystyle\frac{\Delta p}{\Delta L}\displaystyle\int_0^Rdr \pi r \left(1-\displaystyle\frac{r^2}{R^2}\right)$



A integração resulta na lei de Hagen-Poiseuille resultante:

$ J_V =-\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$

Os artigos originais que deram origem a esta lei com um nome combinado foram:

• Gotthilf Hagen: "Ueber die Gesetze, welche des der Strom des Wassers in röhrenförmigen Gefässen bestimmen" (Sobre as leis que regem o fluxo da água em recipientes cilíndricos), Annalen der Physik und Chemie 46:423442 (1839).

• Jean-Louis-Marie Poiseuille: "Recherches expérimentales sur le mouvement des liquides dans les tubes de très-petits diamètres" (Pesquisa experimental sobre o movimento de líquidos em tubos de diâmetros muito pequenos), Comptes Rendus de l'Académie des Sciences 9:433544 (1840).

ID:(3178, 0)



Condutância Hidráulica de um Tubo

Equação

>Top, >Modelo


Se observarmos a lei de Hagen-Poiseuille, que nos permite calcular o fluxo de volume ($J_V$) a partir de o raio do cilindro ($R$), la viscosidade ($\eta$), o comprimento do tubo ($\Delta L$) e la diferença de pressão ($\Delta p$):

$ J_V =-\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$



podemos identificar parâmetros relacionados com a geometria (o comprimento do tubo ($\Delta L$) e o raio do cilindro ($R$)) e o tipo de líquido (la viscosidade ($\eta$)), que podem ser designados coletivamente como uma condutância hidráulica ($G_h$):

$ G_h =\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta | \Delta L | }$

$\Delta L$
Comprimento do tubo
$m$
$G_h$
Condutância hidráulica
$m^4/kg s$
$\pi$
Pi
3.1415927
$rad$
$R$
Raio do cilindro
$m$
$\eta$
Viscosidade
$Pa s$

ID:(15102, 0)



Lei de Darcy e condutância hidráulica

Equação

>Top, >Modelo


Com a introdução de la condutância hidráulica ($G_h$), podemos reescrever a equação de Hagen-Poiseuille com la diferença de pressão ($\Delta p$) e o fluxo de volume ($J_V$) usando a seguinte equação:

$ J_V = G_h \Delta p $

$G_h$
Condutância hidráulica
$m^4/kg s$
$\Delta p$
Diferença de pressão
$Pa$
$J_V$
Fluxo de volume
$m^3/s$

Se observarmos a lei de Hagen-Poiseuille, que nos permite calcular o fluxo de volume ($J_V$) a partir de o raio do cilindro ($R$), la viscosidade ($\eta$), o comprimento do tubo ($\Delta L$) e la diferença de pressão ($\Delta p$):

$ J_V =-\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$



podemos introduzir la condutância hidráulica ($G_h$), definido em termos de o comprimento do tubo ($\Delta L$), o raio do cilindro ($R$) e la viscosidade ($\eta$), da seguinte forma:

$ G_h =\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta | \Delta L | }$



para obter:

$ J_V = G_h \Delta p $

ID:(14471, 0)



Condutância hidráulica

Equação

>Top, >Modelo


No contexto da resistência elétrica, existe o seu inverso, conhecido como a condutância elétrica. Da mesma forma, o que seria la condutância hidráulica ($G_h$) pode ser definido em termos de la resistência hidráulica ($R_h$) através da expressão:

$ R_h = \displaystyle\frac{1}{G_h }$

$G_h$
Condutância hidráulica
$m^4/kg s$
$R_h$
Resistência hidráulica
$kg/m^4s$

ID:(15092, 0)



Resistência hidráulica de um tubo

Equação

>Top, >Modelo


Como la resistência hidráulica ($R_h$) é igual ao inverso de la condutância hidráulica ($G_h$), ele pode ser calculado a partir da expressão deste último. Dessa forma, podemos identificar parâmetros relacionados à geometria (o comprimento do tubo ($\Delta L$) e o raio do cilindro ($R$)) e ao tipo de líquido (la viscosidade ($\eta$)), que podem ser denominados coletivamente como uma resistência hidráulica ($R_h$):

$ R_h =\displaystyle\frac{8 \eta | \Delta L | }{ \pi R ^4}$

$\Delta L$
Comprimento do tubo
$m$
$\pi$
Pi
3.1415927
$rad$
$R$
Raio do cilindro
$m$
$R_h$
Resistência hidráulica
$kg/m^4s$
$\eta$
Viscosidade
$Pa s$

Uma vez que la resistência hidráulica ($R_h$) é igual a la condutância hidráulica ($G_h$) conforme a seguinte equação:

$ R_h = \displaystyle\frac{1}{G_h }$



e uma vez que la condutância hidráulica ($G_h$) é expresso em termos de la viscosidade ($\eta$), o raio do cilindro ($R$) e o comprimento do tubo ($\Delta L$) da seguinte forma:

$ G_h =\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta | \Delta L | }$



podemos concluir que:

$ R_h =\displaystyle\frac{8 \eta | \Delta L | }{ \pi R ^4}$

ID:(3629, 0)



Lei de Darcy e resistência hidráulica

Equação

>Top, >Modelo


Uma vez que o fluxo de volume ($J_V$) pode ser calculado a partir de la condutância hidráulica ($G_h$) e la diferença de pressão ($\Delta p$) usando a seguinte equação:

$ J_V = G_h \Delta p $



ele pode ser expresso em termos de la diferença de pressão ($\Delta p$). Considerando que o inverso de la resistência hidráulica ($R_h$) é La condutância hidráulica ($G_h$), chegamos à seguinte expressão:

$ \Delta p = R_h J_V $

$J_V$
Fluxo de volume
$m^3/s$
$R_h$
Resistência hidráulica
$kg/m^4s$

No caso de um único cilindro la resistência hidráulica ($R_h$), que depende de la viscosidade ($\eta$), o comprimento do tubo ($\Delta L$) e o raio do cilindro ($R$), é calculado usando a seguinte equação:

$ R_h =\displaystyle\frac{8 \eta | \Delta L | }{ \pi R ^4}$



Por outro lado, a lei de Hagen-Poiseuille permite calcular o fluxo de volume ($J_V$) gerado por la diferença de pressão ($\Delta p$) de acordo com a seguinte equação:

$ J_V =-\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }$



Combinando ambas as equações, obtemos a lei de Darcy:

$ \Delta p = R_h J_V $

que Henry Darcy formulou para modelar o comportamento geral de meios porosos mais complexos através dos quais um líquido flui.

A genialidade dessa maneira de reescrever a lei de Hagen-Poiseuille está em mostrar a analogia entre o fluxo de corrente elétrica e o fluxo de líquido. Nesse sentido, a lei de Hagen-Poiseuille corresponde à lei de Ohm. Isso abre a possibilidade de aplicar os conceitos de redes elétricas a sistemas de tubulações através das quais um líquido flui.

Essa lei, também conhecida como Lei de Darcy-Weisbach, foi publicada pela primeira vez na obra de Darcy:

• "Les fontaines publiques de la ville de Dijon" ("As Fontes Públicas da Cidade de Dijon"), Henry Darcy, Victor Dalmont Editeur, Paris (1856).

ID:(3179, 0)



Superfície de um disco

Equação

>Top, >Modelo


A área la seção ($S$) de um disco com um diâmetro de ($$) é calculada da seguinte forma:

$ S = \pi r ^2$

$\pi$
Pi
3.1415927
$rad$
$S$
Seção
$m^2$

ID:(3804, 0)



Fluxo de Volume Instantâneo

Equação

>Top, >Modelo


ID:(4349, 0)



Permeabilidade hidráulica

Equação

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Ao analisar la condutância hidráulica ($G_h$), é possível notar que no numerador está representada a área da seção transversal do tubo como $\pi R^2$, onde o raio do cilindro ($R$) corresponde a uma propriedade do líquido, la viscosidade ($\eta$) está relacionado à viscosidade do fluido e o comprimento do tubo ($\Delta L$) se refere ao gradiente de pressão gerado.

$ G_h =\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta | \Delta L | }$



O fator restante é denominado la permeabilidade hidrodinâmica ($k$), conhecido como

$ k = \displaystyle\frac{ R ^2}{8}$

$k$
Permeabilidade hidrodinâmica
$m^2$
$R$
Raio do cilindro
$m$

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