Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Brunetti - Mecânica dos Fluidos - Ed: 2º - Capítulo 6.Exercício - Ex. 13
Uma hélice de 6 m de diâmetro desloca um barco com a velocidade de 7,5 m/s, quando gira a 120 rpm. Constrói-se um modelo geometricamente semelhante do casco e da hélice na escala 1:10 para determinação da força de tração axial. Determinar a velocidade do modelo, a rotação da hélice do modelo e as escalas das forças. Dado: .
Passo 1
Fala aí! Vamos começar identificando a função representativa, nesse caso, o enunciado já nos forneceu, olha ela aí:
Vamos precisar fazer a análise dimensional dela, ok? Verificando a equação dimensional para cada uma das grandezas da função, temos:
Agora vamos calcular o número de adimensionais independentes , nesse caso temos:
Sendo assim, temos:
Isso significa que teremos três grupos adimensionais!
Passo 2
Agora vamos construir esses três números adimensionais:
Vamos começar pelo … substituindo cada uma das grandezas dimensionais nas equações, temos:
Então, para que seja adimensional, temos:
Dessa forma, ficamos então com:
Agora, repetindo o mesmo processo para :
Então, para que seja adimensional, temos:
Dessa forma, temos então:
Opa! Isso aí é conhecido pra gente, né? É o número de Euler! Então:
Passo 3
Não vamos esquecer de encontrar , do mesmo jeitinho:
Então, para que seja adimensional, temos:
Dessa forma, temos então:
Opa! Esse cara aí também é conhecido! É o número de Froude! Então ficamos com:
Passo 4
Agora que encontramos os grupos dimensionais, sabemos que esses números devem ser iguais entre o modelo e o protótipo, ou seja:
Como o enunciado não nos disse nada a respeito das condições atmosféricas entre o ambiente de teste do modelo e do protótipo, vamos supor que todas elas são iguais, ok? Então ficamos com e , então, substituindo os valores conhecidos na equação de Froude, temos:
Agora, vamos usar esse resultado na primeira equação para encontrar a rotação da hélice, olha só:
E substituindo os valores conhecidos na equação para o número de Euler, temos que a escala das forças é:
Uhul! Mandamos bem!
Resposta
A velocidade do modelo é:
O número de rotação da hélice do modelo é:
E a escala das forças é: