Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 60
Considere escoamento de sangue em uma artéria. O sangue é um fluido não newtoniano; a tensão de cisalhamento versus a taxa de cisalhamento é descrita pela relação de Casson:
em que τc é a tensão de cisalhamento crítica e μ é uma constante que tem a mesma unidade da viscosidade dinâmica. A relação de Casson mostra uma relação linear entre e , com coeficiente linear e coeficiente angular (inclinação) . A relação de Casson se aproxima do comportamento newtoniano para altos valores da taxa de deformação. Deduza o perfil de velocidades para escoamento do sangue em regime permanente e completamente desenvolvido em uma artéria de raio R. Deduza uma expressão para a vazão do sangue. Calcule a vazão devido a um gradiente de pressão dp/dx = −100 Pa/m em uma artéria de raio R = 1 mm, usando os seguintes dados para o sangue: μ = 3,5 cP e τc = 0,05 dina/cm2
Passo 1
Segundo o tópico 8.4, a tensão de cisalhamento em tubos com escoamento completamente desenvolvido é:
Considerando então que a tensão de cisalhamento é em função de r podemos fazer uma analogia com as tensões dadas no enunciado, sendo:
Para a tensão é:
Para a tensão é:
Substituindo a tensão na situação temos:
Sabendo que quando , podemos simplificar:
Inserindo em:
Fazendo a integração com e usando para :
Esse resultado é para
Para fazendo a integração com e usando temos:
Passo 2
Para calcular a vazão do sangue podemos utilizar a equação da vazão e substituir os valores de u:
Logo, a expressão para a vazão do sangue é:
Podemos substituir os dados nas equações:
Passo 3
Usando os dados do enunciado, podemos substituir os valores nas equações:
Portanto, a vazão na artéria é: