Enunciado

Um modelo em escala 1/8 de um conjunto cavalo-reboque é testado em um túnel de vento pressurizado. A largura, altura e comprimento do modelo são, respectivamente, W   =   0,305   m   , H   =   0,476   m e L   =   2,48   m . Para uma velocidade do vento de V   =   75,0   m / s , a força de arrasto sobre o modelo é F D   =   128   N . (A massa específica do ar no túnel é ρ   =   3,23   k g / m ³ .) Calcule o coeficiente de arrasto aerodinâmico para o modelo. Compare os números de Reynolds para o teste com modelo e para a carreta protótipo a 88   k m / h . Calcule a força de arrasto aerodinâmico sobre o protótipo a uma velocidade de estrada de 88   k m / h , com vento contrário de 16   k m / h .

Passo 1

Neste problema é pedido o coeficiente de arrasto aerodinâmico de um modelo e a comparação do número de Reynolds do modelo e protótipo.

O cálculo do coeficiente de arrasto será feito pela expressão:

C D = F D 1 2 ρ V 2 A

E o número de Reynolds será obtido pela expressão:

R e = ρ V L μ  

Como parâmetros do modelo são conhecidos:

- escala linear: E l = 1 8 ;

- largura: W = 0,305   m ;

- altura: H = 0,476   m ;

- comprimento: L = 2,48   m ;

- velocidade do vento: V m = 75,0   m / s ;

- força de arrasto sobre o modelo: F D m = 128   N ;

- massa específica do ar: ρ m = 3,23   k g / m ³ e ρ p = 3,23   k g / m ³

- velocidade de estrada: V e = 88,0   k m / h ;

- velocidade com vento contrário: V v = 16,0   k m / h ;

Passo 2

Para o cálculo do coeficiente de arrasto do modelo primeiramente é necessário definir a área do modelo:

A m = W m × H m = 0,305 × 0,476 = 0,1452   m 2

Então, substituindo os parâmetros conhecidos na expressão do coeficiente de arrasto:

C D m = F D m 1 2 ρ m V m 2 A m = 128 1 2 × 3,23 × 75 2 × ( 0,1452 )

Logo, o coeficiente de arrasto no modelo é:

C D m = 0,0970

Passo 3

Para garantir a semelhança dinâmica do modelo e protótipo sabe-se que:

R e m = R e p

Verificando a relação entre os números de Reynolds:

R e m = ρ m V m L m μ m  

R e p = ρ p V p L p μ p  

Logo, a relação entre os números de Reynolds é:

R e m R e p = ρ m V m L m ρ p V p L p   μ p μ m  

Definindo fluido com mesma viscosidade ( μ p = μ m ) e que a escala liner é L m / L p = 1 / 8 :

R e m R e p = 3,23 × 75 1,23 × ( 88 3,6 ⏟ d e   k m h   p a r a   m / s )   1 8 ≅ 1,0  

De fato é garantida a semelhança dinâmica.

Passo 4

Ao assumir semelhança geométrica e cinética, aliada à semelhança dinâmica, pode-se dizer que:

C D m = C D p

Da definição de coeficiente de arrasto:

C D p = F D p 1 2 ρ p V p 2 A p

Logo:

F D p = 1 2 C D p ρ p V p 2 A p

Neste problema o vento atua com velocidade contrária à velocidade do protótipo na estrada, logo a velocidade do protótipo deve considerar a soma da velocidade do vento da seguinte forma:

V p = V e + V v = 88 + 16 = 104   k m / h

Um parâmetro a ser conhecido é a área do protótipo, a qual pode ser obtida a partir da escala linear ( E l ) conhecida:

A p = W p × H p

Mas a partir da escala linear sabe-se que:

E l = W m W p → W p = W m E l

E l = H m H p → H p = H m E l

Então, a área do protótipo pode ser escrita como:

A p = W m E l × H m E l = A m E l 2

Então, F D p pode ser reescrito como:

F D p = 1 2 C D p ρ p V p 2 A p = 1 2 C D p ρ p V p 2 A m E l 2

Utilizando os parâmetros conhecidos:

F D p = 1 2 × 0,097 × 1,23 × 104 3,6 2 × 0,1452 1 8 2

Logo, a força de arrasto para o protótipo é de:

F D p ≅ 462,6   N

Resposta

C D m = 0,0970

R e m R e p ≅ 1,0  

F D p ≅ 462,6   N

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

A taxa de transferência de calor para a água que escoa em um tubo foi analisada no Problema 7-20. Vamos abordar esse mesmo problema, mas agora com a análise dimensional. A água fria entra em um tubo,
Considere o escoamento laminar através de uma seção longa do tubo, como na Figura P7-62. Para escoamento laminar a rugosidade da parede não é um parâmetro relevante, a menos que ε seja muito grande. A
Considere novamente o exemplo da carreta modelo discutido na Seção 7 - 5 , exceto que a velocidade máxima do túnel de vento é de apenas 50m / s . Os dados da força aerodinâmica são obtidos para as vel
Considere o escoamento de Poiseouille e bidimensional, laminar desenvolvido, — o escoamento entre duas placas paralelas finitas separadas pela distância h , com a as placas superior e inferior fixas,
A queda de pressão ∆ P = P 1 - P 2 através de uma secção longa de um tubo redondo pode ser escrita em termos da tensão de cisalhamento τ w ao longo da parede. A tensao de cisalhamento que age na pared