Óleo está confinado em um cilindro de 100 mm de diâmetro por um pistão que possui uma folga radial de 0,025 mm e um comprimento de 50 mm . Uma força constante de 20.000 N é aplicada ao pistão. Use as propriedades do óleo SAE 30 a
. Estime a taxa à qual o óleo vaza pelo pistão.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um pistão num cilindro cheio de óleo SAE 30 a 49°C. A gente precisa descobrir a taxa de vazamento desse óleo pelo pistão. Vamos usar conceitos de mecânica dos fluidos, especialmente sobre fluxo em folgas estreitas. Para resolver isso, vamos precisar dos dados fornecidos: diâmetro do cilindro, folga radial do pistão, comprimento do pistão, força aplicada e as propriedades do óleo (como viscosidade).
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a área da seção transversal do pistão. O diâmetro do cilindro é 100 mm, então o raio ® é metade disso:
A área (A) é dada por:
Passo 3
Agora, vamos determinar a pressão exercida pelo pistão. A pressão § é força (F) dividida pela área (A):
Passo 4
Com a pressão conhecida, vamos usar a fórmula para fluxo em uma cavidade estreita, que considera a viscosidade do óleo. A taxa de vazamento (Q) pode ser estimada pela equação:
Onde:
-
é a pressão -
é a folga radial -
é o comprimento do pistão -
é a viscosidade dinâmica do óleo
A folga radial
é 0,025 mm = 25 × 10⁻⁶ m e o comprimento
é 50 mm = 0,05 m. Precisamos da viscosidade
do óleo SAE 30 a 49°C. Consultando tabelas, a viscosidade aproximada é
.
Passo 5
Substituindo os valores na fórmula:
Calculando:
Resposta
A taxa de vazamento do óleo pelo pistão é aproximadamente
.