Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 52
Na ciência da engenharia, analogias entre fenômenos semelhantes são frequentemente aplicadas. Por exemplo, a diferença de pressão aplicada e a correspondente vazão em um tubo podem ser comparadas, respectivamente, com a tensão contínua e a corrente contínua I através de um resistor elétrico. Por analogia, encontre a fórmula para a “resistência” do escoamento laminar do fluido de viscosidade em um tubo de comprimento e diâmetro , correspondendo à resistência elétrica . Para um tubo de comprimento e diâmetro , encontre a os valores máximos da vazão e da diferença de pressão para que esta analogia funcione para querosene e óleo castor (ambos a ). Quando a vazão excede este máximo, porque a analogia falha?
Passo 1
Primeiramente precisamos reunir aqui, alguns dados que podemos tirar da figura A.2 e da tabela A.2 (Fox - Mecânica dos Fluidos - 8°Ed.):
Passo 2
Agora devemos separar duas equações que iremos precisar aqui, uma delas é referente a um resistor elétrico, ou seja:
A outra é a equação governante para a vazão do fluxo laminar em um tubo, que pode ser expressa por:
Ou
Passo 3
Por analogia, a corrente é representada pela vazão e a tensão pela queda de pressão ∆p. Isso podemos tirar comparando as duas equações apresentadas no passo 2.
Portanto a "resistência" do tubo é expressa como sendo:
Note que a "resistência" de um tubo é diretamente proporcional à viscosidade do fluido e ao comprimento do tubo, e fortemente dependente do inverso do diâmetro.
Passo 4
Feito isso, realizando uma analogia:
Escrevendo essa restrição em termos de taxa de fluxo:
O gradiente de pressão máxima correspondente é então obtido...
Passo 5
Portanto substituindo os valores, temos:
A analogia falha quando Re> 2300 porque o fluxo se torna turbulento, e a "resistência" ao fluxo não é mais linear com a vazão.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)