Principi di Fluidodinamica: Flusso, Pressione e Strumenti di Misura Essenziali
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Classificazione del Flusso Viscoso
Flusso Laminare
Caratterizzato dall'assenza di mescolanza di particelle, ma con un significativo taglio viscoso. Se viene iniettato un colorante, il flusso non si mescola con il fluido adiacente, se non per l'attività molecolare. Le particelle conservano la loro identità per un periodo di tempo relativamente lungo.
Flusso Turbolento
La portata varia in modo irregolare, mostrando variazioni casuali. Un colorante iniettato si mescola immediatamente a causa del moto casuale delle particelle.
Tipi di Pressione nei Fluidi
Pressione Statica
La pressione statica è generalmente espressa come pressione manometrica.
Pressione Dinamica
Quando i fluidi si muovono in un condotto, l'inerzia del movimento provoca un ulteriore aumento della pressione statica quando il fluido colpisce una superficie perpendicolare al suo movimento. Questa forza è il risultato di un'azione di pressione nota come pressione dinamica. La pressione dinamica dipende dalla velocità e dalla densità del fluido.
Pressione Totale
La pressione di stagnazione è anche chiamata pressione in una situazione di stallo.
Misurazione del Flusso con Tubo di Pitot
La misurazione del flusso tramite il tubo di Pitot è legata alla differenza tra la pressione dinamica (pressione statica più la componente dovuta all'alta velocità) e la pressione statica. Il foro centrale è destinato alla misurazione della pressione dinamica, mentre i fori laterali sulla parete misurano la pressione statica. Il suo uso è particolarmente diffuso nei casi in cui non sono accettabili perdite di carico significative nella struttura. Inoltre, il flusso effettivo è ottenuto attraverso la velocità e la sezione trasversale del tubo, e la misurazione della differenza di pressione fornisce informazioni sulla velocità nel punto di misurazione. Questa velocità sarà rappresentativa del flusso solo nel caso in cui esso sia costante in tutta la sezione.
L'Idrometro: Strumento per la Densità dei Liquidi
Un idrometro è uno strumento utilizzato per determinare la densità relativa dei liquidi senza la necessità di calcolare preventivamente massa e volume. Normalmente è realizzato in vetro ed è composto da un cilindro cavo con un bulbo pesante all'estremità inferiore, in modo da poter galleggiare in posizione verticale. L'idrometro viene introdotto progressivamente nel liquido fino a fluttuare liberamente. La lettura viene effettuata sulla scala nel punto in cui il liquido tocca il cilindro dell'idrometro. Gli idrometri di solito contengono una scala di carta al loro interno, permettendo di leggere direttamente il peso specifico in grammi per centimetro cubo. Si basano sul principio di galleggiamento. Quando immerso in acqua, la lettura è 1.0.
Cavitazione: Cause, Effetti e Prevenzione
La cavitazione è un fenomeno caratterizzato da un calo improvviso della pressione del fluido al di sotto della pressione di vapore. Ciò è dovuto a cambiamenti improvvisi della velocità di flusso o a un effetto di vuoto parziale, come nel caso di colonne di liquido di grandi dimensioni o nelle pompe. Questa caduta di pressione provoca la formazione di bolle di vapore che, trasportate dal liquido in un'altra zona dove la pressione viene ripristinata, si condensano improvvisamente, generando un'implosione. Gli elementi che subiscono i maggiori danni da questo fenomeno sono le eliche, le pompe, le turbine idroelettriche, i timoni delle navi, ecc. Evitare la cavitazione non è sempre facile, e in molti casi il comportamento del mezzo liquido non può essere completamente controllato. Per questi casi, si ricorre alla modifica della geometria degli elementi e/o a una progettazione accurata delle attrezzature utilizzate.
Confronto: Equazione di Bernoulli vs. Equazione dell'Energia
L'equazione di Bernoulli deriva dalla seconda legge di Newton ed è valida lungo una linea di corrente. In contrasto, l'equazione dell'energia (CE) deriva direttamente dalla prima legge della termodinamica ed è valida tra due sezioni di un flusso fluido.