Enunciado

Desenvolva uma expressão para a constante de amortecimento de um amortecedor rotacional mostrado na Figura 1.83 em termos de D , d , l , h , ω e μ , onde ω denota a velocidade angular constante do cilindro interno e d e h representa as folgas radial e axial entre os cilindros interno e externo.

Passo 1

Opa galerinha, beleza com vocês?! Então bora lá pra cima dessa questão! Da formula padrão para a velocidade tangencial de um cilindro, temos que:

V ω = D 2 ω

Para um valor de d pequeno, temos essa taxa de mudança na velocidade do fluido:

d V d r = D 2 ω d

E a tensão de cisalhamento entre os cilindros é dada por:

τ = μ d V d r = D ω 2 d  

A força de cisalhamento é:

F = τ ⋅ A r e a = τ π D l - h = π τ D 2 ω ( l - h ) 2 d

E por fim, o torque desenvolvido é:

M t 1 = F D 2

Passo 2

Agora que temos as formulas que vamos usar na questão, vamos por a mão na massa! Para um h pequeno, a taxa de mudança de velocidade do fluido em uma direção vertical é:

d V d y = r ω h

Tensão de cisalhamento para esse caso:

τ = μ   d V d y = μ r ω h

Força em uma área d A = d F = τ d A .

Passo 3

A partir disso, o torque entre as superfícies inferiores do cilindro é dada por:

M t 2 = ∫ ∫ d M t 2 ⋅ d A

Onde,

d M t 2 = d F ⋅ r = μ r 3 ω h d r d θ

Logo,

M t 2 = μ ω r ∫ r = 0 D / 2 ∫ θ = 0 2 π r 3 ⋅ d r ⋅ d θ = μ ω π D 4 64 h

Portanto, o torque final é dado por:

M T = M t 1 + M t 2 = π μ D 3 ω ( l - h ) 4 d + π μ D 3 64 h  

Passo 4

Expressando M t como c t v:

c t v = c t ω D 2

Temos uma constante de amortecimento:

c t = π μ D 2 ( l - h ) 2 d + π μ D 3 32 h

Resposta

c t = π μ D 2 ( l - h ) 2 d + π μ D 3 32 h

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