Mecânica dos fluidos/Exercícios resolvidos/E4

Enunciado editar

Deduzir o perfil de velocidades para escoamento laminar de um líquido Newtoniano em um tubo cilíndrico horizontal de diâmetro D.

Solução editar

Aqui, não podemos modelar as paredes do tubo como duas placas paralelas, e será preciso empregar as equações em coordenadas cilíndricas.


 


 


 


 


 


 


 


Por simetria, para qualquer propriedade η,  . O movimento é unidimensional, portanto  . Em regime estacionário,  . Assim, as equações se tornam


 


 


 


 


 


As três primeiras equações nos trazem informação trivial: o fluxo deve ser constante ao longo do eixo Z (horizontal) e a distribuição de pressões ao longo de cada seção circular é hidrostática. Integrando a última equação, teremos


 


 


mas k2 deve ser nulo, caso contrário a velocidade seria infinita em r = 0 (centro do tubo). Assim,


 


Como vz(R) = 0, temos


 


Assim


 


Finalmente, é bom lembrar que, para saber se o escoamento é laminar, é preciso examinar o número de Reynolds, que aqui tem a forma:


 


Por isso, é importante determinar a velocidade média. Para isso, calcula-se primeiro a vazão na seção circular A


 


 


 


 


Os valores negativos de vazão e velocidade média devem-se ao fato de o fluxo ocorrer do ponto de maior pressão para o ponto de menor pressão (Δp < 0).