Enunciado

A taxa d T / d t à qual a temperatura T no centro de um grão de arroz diminui durante um processo de tecnologia de alimentos é crítica — um valor muito alto leva à quebra do grão e um valor muito baixo torna o processo lento e caro. A taxa depende do calor específico, c , da condutividade térmica, k , e do tamanho, L , do grão de arroz, bem como do calor específico, c p , da massa específica, ρ , da viscosidade, μ , e da velocidade, V , do ar de resfriamento. Quantas dimensões básicas estão incluídas nestas variáveis? Determine os parâmetros Π para este problema.

Passo 1

Nessa questão temos que a taxa de resfriamento depende das propriedades do arroz e do ar e queremos encontrar os grupos π .

Passo 2

Usando o procedimento p i   de Buckingham temos que o número de parâmetros é:

n = 8

Selecionando as dimensões primárias M ,   L ,   t , T (temperatura):

r = 4

E os parâmetros repetidos:

m = r = 4

Passo 3

Então nós temos n   -   m   =   4 grupos sem dimensão. Por inspeção, um grupo é c / c p e configurando as equações dimensionais:

π 1 = d T d t . V a . ρ b . L c . c p d = T t L t a M L 3 b L c L 2 t 2 T d = T 0 M 0 L 0 t 0    

Somando os expoentes:

T = - d + 1 = 0

M : b = 0

L : a - 3 . b + c + 2 . d = 0

t : - a - 2 . d - 1 = 0

Temos que a solução do sistema é:

a = - 3

b = 0

c = 1

d = 1

Então:

π 1 = d T t L c p V 3

Passo 4

Por um processo semelhante ao passo anterior, encontramos:

π 2 = k ρ L 2 c p

E,

π 3 = μ ρ L V

Então,

d T t L c p V 3 = f c c p , k ρ L 2 c p , μ ρ L V

Resposta

π 1 = d T t L c p V 3

π 2 = k ρ L 2 c p

π 3 = μ ρ L V

π 4 = c c p

d T t L c p V 3 = f c c p , k ρ L 2 c p , μ ρ L V

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