Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 35
O perfil de velocidade para escoamento completamente desenvolvido de tetracloreto de carbono a 15°C entre placas paralelas (espaçamento a = 1,25 mm), com a placa superior em movimento, é dado pela Eq. 8.8. Considere uma vazão volumétrica por unidade de 3,15×10 −4 m3 /s/m para gradiente de pressão zero. Encontre a velocidade U. Avalie a tensão de cisalhamento sobre a placa inferior. A vazão volumétrica aumentaria ou diminuiria com um ligeiro gradiente adverso de pressão? Calcule o gradiente de pressão que dará tensão de cisalhamento zero em y/a = 0,25. Esboce a distribuição de tensão de cisalhamento para este caso.
Passo 1
Sabendo que a vazão volumétrica é dada por:
E que enunciado diz que que o gradiente de pressão é zero, ou seja e que
Substituindo, temos:
Logo, a velocidade U é:
Passo 2
Sabendo que a tensão de cisalhamento é:
E que , , que descobrimos a velocidade e que para tetracloreto de carbono a 15°C a viscosidade é
Substituindo, temos:
Logo, a tensão de cisalhamento sobre a placa inferior é:
Passo 3
Sabendo que a formula da vazão é:
Se tivermos um gradiente adverso , a vazão vai reduzir. Porque esse gradiente está subtraindo na equação.
Passo 4
Sabendo que a tensão de cisalhamento é:
Para , , , e ou seja
Substituindo, temos:
Logo, o gradiente de pressão que dará tensão de cisalhamento zero é:
Passo 5
Para esboçar a distribuição de tensão, podemos usar , e calcular mais um ponto para :
Com isso podemos encontrar uma equação que é e fazer o gráfico abaixo.