Enunciado

A ventilação na boate de um navio de turismo é insuficiente para limpar a fumaça de cigarros e similares (neste navio ainda não é completamente proibido fumar). Testes devem ser realizados para verificar se um ventilador extrator mais potente funcionará. A concentração de fumaça, c (partículas por metro cúbico de ar), depende do número de fumantes, N , da perda de pressão produzida pelo ventilador, Δ p , do diâmetro do ventilador, D , da velocidade do motor, ω , da massa específica das partículas de fumaça e do ar,   ρ p e ρ , respectivamente, da aceleração da gravidade, g , e da viscosidade do ar, μ . Determine os parâmetros adimensionais que caracterizam este problema.

Passo 1

Nessa questão nós temos o sistema de ventilação do clube do navio de cruzeiro e queremos encontrar os grupos adimensionais. Vamos lá!

Passo 2

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

n = 9

Selecionando as dimensões primárias M ,   L ,   t :

r = 3

E os parâmetros repetidos:

m = r = 3

Passo 3

Então nós temos n   -   m   =   6 grupos sem dimensão. Configurando as seguintes equações dimensionais:

π 1 = ρ a . D b . ω c . ∆ p = M L 3 a L b 1 t c M L t 2 = M 0 L 0 t 0    

Somando os expoentes:

M : 1 + a = 0

L : - 3 . a + b - 1 = 0

t : - 2 - c = 0

Temos que a solução do sistema é:

a = - 1

b = - 2

c = - 2

Então:

π 1 = ∆ p ρ . D 2 . ω 2

Passo 4

Para o segundo grupo temos:

π 2 = ρ a . D b . ω c . μ = M L 3 a L b 1 t c M L t 2 = M 0 L 0 t 0    

Somando os expoentes:

M : a + 1 = 0

L : 1 - 3 . a + b - 1 = 0

t : - c - 1 = 0

Temos que a solução do sistema é:

a = - 1

b = - 2

c = - 1

Então:

π 2 = μ ρ . D 2 . ω

Passo 5

Os outros grupos π podem ser encontrados por inspeção:

π 3 = c . D 3

π 4 = N

π 5 = ρ p ρ

π 6 = g D ω 2

Verifcando usando F ,   L ,   t como dimensões primárias temos:

π 1 = F L 2 F t 2 L 4 L 2 1 t 2   = 1

π 1 = F t L 2 F t 2 L 4 L 2 1 t   = [ 1 ]

π 3 = π 4 = π 5 = π 6 = [ 1 ]

Resposta

π 1 = ∆ p ρ . D 2 . ω 2

π 2 = μ ρ . D 2 . ω

π 3 = c . D 3

π 4 = N

π 5 = ρ p ρ

π 6 = g D ω 2

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