Escoamento de Fluidos: Vazão, Viscosidade e Empuxo

1. Equação de Continuidade

De acordo com a equação de continuidade, em um escoamento permanente a vazão mássica da entrada é igual à vazão mássica na saída. Quando a massa específica não se altera durante o escoamento, a vazão volumétrica também se iguala.

2. Número de Mach e compressibilidade

O número de Mach mede se um fluido é compressível ou incompressível. Quando o número de Mach é menor que 0,3, o escoamento é considerado incompressível.

3. Escoamento compressível e incompressível

O escoamento compressível é aquele em que o fluido pode mudar o volume ocupado, alterando assim a massa específica desse fluido (ex.: gases). Já no escoamento incompressível o fluido não altera sua massa específica (ex.: líquidos).

4. Fluidos newtonianos e não newtonianos

Os fluidos newtonianos apresentam uma relação linear entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento; são diretamente proporcionais. A maioria dos fluidos comuns é newtoniana: água, ar, gasolina e óleos.

Para fluidos não newtonianos, a relação entre tensão de cisalhamento e taxa de deformação é não linear. A inclinação da curva do gráfico de τ versus γ̇ (taxa de deformação) é denominada viscosidade aparente do fluido.

• Fluidos dilatantes (aumento de cisalhamento): a viscosidade aparente aumenta com a taxa de deformação. Exemplo: soluções de amido ou suspensões de areia.
• Fluidos pseudoplásticos (redução de cisalhamento): o fluido torna-se menos viscoso à medida que o cisalhamento aumenta. Exemplos: tintas, soluções poliméricas e fluidos com partículas em suspensão.
• Plásticos de Bingham: quando submetidos a uma tensão de cisalhamento, inicialmente se comportam como sólidos, mas deformam continuamente quando a tensão de cisalhamento excede um limite (ex.: pasta de dente).

5. Empuxo

O empuxo representa a força resultante exercida pelo fluido sobre um corpo. O valor do empuxo não depende da densidade do corpo imerso no fluido, mas permite determinar se o corpo flutua, afunda ou permanece em equilíbrio com o fluido.

Condições:

• Densidade do corpo > densidade do fluido: o corpo afunda.
• Densidade do corpo = densidade do fluido: o corpo fica em equilíbrio com o fluido.
• Densidade do corpo < densidade do fluido: o corpo flutua na superfície do fluido.

6. Escoamento laminar e turbulento

O escoamento pode ser classificado como laminar ou turbulento. O laminar apresenta um movimento ordenado, em camadas (lâminas). Já o escoamento turbulento apresenta movimento totalmente desordenado e geralmente de alta velocidade.

O número de Reynolds (Re) indica o tipo de escoamento:

• Re até 2300: escoamento laminar.
• Re entre 2300 e 4000: escoamento transitório.
• Re acima de 4000: escoamento turbulento.