Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 70c
Um medicamento líquido, com a viscosidade e a massa específica da água, deve ser administrado através de uma agulha hipodérmica. O diâmetro interno da agulha é 0,25 mm e o seu comprimento é de 50 mm. Determine (c) a correspondente tensão de cisalhamento na parede.
Passo 1
Neste item é solicitada a tensão de cisalhamento na parede da agulha. Como não é conhecido o valor de queda de pressão, não será possível usar a expressão obtida no item b.
Então, será necessário o uso da definição de tensão de cisalhamento de fluido não-newtoniano, expressa por:
Nota-se que será necessário o campo de velocidade.
Por se tratar de um escoamento completamente desenvolvido em tubo de seção circular, o perfil de velocidade é conhecido e vale:
Passo 2
Agora é possível o cálculo da tensão de cisalhamento, segundo:
Realizando a derivada da função velocidade e avaliando em :
Logo, a expressão da tensão de cisalhamento na parede da seringa é definida por:
Passo 3
É conhecido que nesse tipo de escoamento a velocidade (no centro da seringa) pode ser escrita em função da velocidade média () seguinte forma:
Assim, a tensão de cisalhamento pode ser escrita como:
Como o problema forneceu o diâmetro, a expressão de pode ficar em função de todos os parâmetros fornecidos da seguinte forma:
Passo 4
É conhecida a vazão do escoamento, bem como a viscosidade e o diâmetro, então a expressão de (obtida no Passo 3) será reescrita a fim de conter o parâmetro vazão ():
Logo a velocidade média pode ser escrita em função da vazão como:
Então:
Sendo a área da seção transversal da seringa definida por:
De forma que:
Considerando que o problema está sendo definido usando a viscosidade cinemática, então a expressão da tensão limite a ser utilizada é a seguinte:
Passo 5
Usando os valores numéricos de (valor de para água à temperatura de 20°C), (valor de ), (valor de conforme item 1) e de (valor de ):
Então, a tensão de cisalhamento na parede da seringa é de:
Passo 6
Com o valor da tensão de cisalhamento é possível calcular a queda de pressão necessária segundo a expressão obtida no item b:
Então, é necessário uma queda de pressão de: