Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Mecânica dos Fluidos- Ed: 1º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 85
Um líquido com densidade e viscosidade escoa por gravidade através de um orificio com diâmetro na parte inferior de um tanque com diâmetro (Figura ). No início da experiência, a superfície líquida está a altura acima da parte inferior do tanque, como mostra a figura. O líquido sai do tanque como um jato com velocidade média direto para baixo, como mostra a figura. Usando a análise dimensional, gere uma relação adimensional para como função dos outros parâmetros do problema. Identifique todos as parâmetros adimensionais estabelecidos que apareçam em seu resultado. (Sugestão: Existem três escalas de comprimento neste problema. Por consistência, selecione como sua escala de comprimento.)
Passo 1
Bom, gente, essa questão segue um modelo de como pode ser resolvida. Basicamente, ela é feita por etapas e o nosso objetivo aqui é encontrar uma relação para como função das variáveis independentes.
Passo 2
Vamos lá, o primeiro passo consiste em listar os parâmetros. Existem parâmetros nesse problema, são eles:
No segundo passo, temos as seguintes dimensões primárias dos parâmetros:
Passo 3
No terceiro passo, como primeira tentantiva tomamos que corresponde a quantidade de dimensões primárias do problema . Se este valor de , estiver certo, o numero de esperado é
Passo 4
No quarto passo, nós precisamos escolher parametros repetidos. Assim, os que mais se adequam a nossa opção é:
Passo 5
No quinto passo, geramos o primeiro com a variável dependente, logo:
Percebam que conseguimos formar o número de Froude!! Por possuírem dimensões fáceis, temos:
e
Com a viscosidade, formamos o :
Calculando os expoentes para cada dimensão:
Massa:
Tempo:
Comprimento:
Substituindo no :
Esse nos remete ao numero de Reynolds, porém, invertido. Assim, podemos modificar o , para que se assemelhe ao numero de Reynolds de fato:
Passo 6
Para o último passo, podemos unir todos os da seguinte forma:
De fato a nossa relação entra de acordo com a figura, a velocidade com que o liquido escoa também depende da gravidade e da altura, e por fim, em função do conteúdo no recipiente, sua densidade e viscosidade.
Prontinho!!