O que é controle de volume – Análise de volume de controle – Definição

Controle de volume – Análise de volume de controle

Um volume de controle é uma região fixa no espaço escolhido para o estudo termodinâmico de balanços de massa e energia para sistemas de fluxo. O limite do volume de controle pode ser um envelope real ou imaginário . A superfície de controle é o limite do volume de controle.

Uma análise de volume de controle pode ser usada, por exemplo, para determinar a taxa de mudança de momento de um fluido. Nesta análise, consideraremos um tubo de fluxo ( volume de controle ) como fizemos para a equação de Bernoulli . Neste volume de controle, qualquer alteração no momento do fluido dentro de um volume de controle é devida à ação de forças externas no fluido dentro do volume.

Veja também: Fórmula Momentum

Como pode ser visto na figura, o método do volume de controle pode ser usado para analisar a lei de conservação do momento no fluido. O volume de controle é uma superfície imaginária que encerra um volume de interesse. O volume de controle pode ser fixo ou móvel, e pode ser rígido ou deformável. Para determinar todas as forças que atuam nas superfícies do volume de controle, temos que resolver as leis de conservação nesse volume de controle.

Escolhendo um volume de controle

Um volume de controle pode ser selecionado como qualquer volume arbitrário através do qual o fluido flui. Esse volume pode ser estático, em movimento e até deformar durante o fluxo. Para resolver qualquer problema, precisamos resolver as leis básicas de conservação neste volume. É muito importante conhecer todas as velocidades de fluxo relativas à superfície de controle e, portanto, é muito importante definir exatamente os limites do volume de controle durante uma análise.

Exemplo: jato de água atingindo uma placa estacionária

Uma placa estacionária  (por exemplo, lâmina de um moinho de água) é usada para desviar o fluxo de água a uma velocidade de  1 m / se  a um ângulo de  90 ° . Ocorre à pressão atmosférica e a vazão mássica é igual a  Q = 1 m ³ / s .

1. Calcule a força da pressão.
2. Calcule a força do corpo.
3. Calcule a força total.
4. Calcule a força resultante.

Solução

1. A  força da pressão  é zero, pois a pressão na entrada e nas saídas do volume de controle é atmosférica.
2. Como o volume de controle é pequeno, podemos ignorar a força do  corpo  devido ao peso da gravidade.
3. F _x  = ρ.Q. (w _1x  – w _2x ) = 1000. 1 (1 – 0) =  1000 N
   F _y  =  0
   F  =  (1000, 0)
4. A  força resultante  no plano é da mesma magnitude, mas na direção oposta à força total  F  (atrito e peso são negligenciados).

O jato de água exerce sobre a placa a força de 1000 N na direção x.