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A solução de um problema de engenharia que envolve a determinação da incerteza do taxa de fluxo em uma bomba de siringa, além de encontrar a combinação de velocidade do pistão e diâmetro que minimiza a incerteza. O documento utiliza conceitos de incerteza e equações governantes para obter as soluções.
Tipologia: Exercícios
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Given: Syringe pump to deliver 100 mL/min (^) δV 0. in min
= ⋅ δD =0.0005 in⋅
Find: (a) Plot uncertainty in flow rate as a function of bore. (b) Find combination of piston speed and bore resulting in minimum uncertainty in flow rate.
Solution: We will apply uncertainty concepts.
Governing Equations: (^) Q π 4
D 2 = ⋅ ⋅V (Flow rate in syringe pump)
2
1 2
1
1 1 ⎥
R =^ ± ux L x
x u
(Propagation of Uncertainties)
Now solving for the piston speed in terms of the bore: (^) V D( ) 4 Q⋅
π D 2 ⋅
=
2
1 2 2 2
1 2 2 2
⎥
Q =^ ± D V D uV V
u D
u V
u D
So the uncertainty in the flow rate is: u
1 2 2 u (^) Q = ± 2 uD + uV = 0 ∂
u (^) Q where (^) uD δD D
= uv
δV V
= The uncertainty is minimized when
Substituting expressions in terms of bore we get: (^) Dopt 32
π 2
δD Q⋅ δV
2 ⋅
1 6
=
Substituting all known values yields (^) Dopt =1.76 in⋅
Plugging this into the expression for the piston speed yields (^) Vopt 2. in min
= ⋅ and the uncertainty is^ uopt =0.0694 %⋅
Graphs of the piston speed and the uncertainty in the flowrate as a function of the bore are shown on the following page.
0 1 2 3 4 5
0
2
4
6
8
10
0
Piston Speed Uncertainty
Bore (in)
Piston Speed (in/min) Uncertainty in Flowrate (%)