Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 80
Um rebocador de barcaças fluviais é testado em um tanque de provas. O modelo do rebocador é construído em uma razão de escala de . As dimensões do modelo são: comprimento total , través e calado . (O deslocamento do modelo em água doce é ). Estime o comprimento médio da superfície molhada do casco. Calcule a força de arrasto de atrito superficial no protótipo a uma velocidade de com relação à água.
Passo 1
Vamos listar o que precisamos fazer:
- Estimar o comprimento médio da superfície molhada do casco
- Calcular para
Informações importantes:
- Velocidade de corrente livre:
- Água a o que implica em e
- Dimensões do rebocador:
- Para simplificar, vamos assumir que o rebocador é um paralelepípedo de dimensões:
- Escala do protótipo:
- Deslocamento em água doce:
Vamos começar!
Passo 2
Sabemos que o comprimento total do sistema , mas para encontrarmos o comprimento submerso do protótipo do rebocador, podemos utilizar o conceito de empuxo.
Como o rebocador boia, o resultado das forças que empurram ele para cima e que empurram ele para baixo tem que ser iguais.
Para baixo a gente tem o próprio peso do rebocador. Para cima, temos o empuxo.
E o módulo do empuxo é dado por:
O volume é a multiplicação das três dimensões:
Passo 3
Se a proporção com o protótipo e o real é de , teremos o equivalente na geometria do rebocador real equivalente a:
Passo 4
O coeficiente de arrasto é:
Sabemos ainda que existem expressões para o cálculo de em cada faixa de então vamos inicialmente calcular o número de Reynolds para sabermos qual expressão é mais adequada para este escoamento:
Assim concluímos que o coeficiente de arrasto pode ser calculado por:
A área pode ser calculada por:
Portanto: