Fenômenos Dos Transporte

Escoamento

Limite de escoamento, ou tensão de escoamento, é a tensão máxima que o material suporta ainda no regime elástico de deformação, se houver algum acréscimo de tensão o material não segue mais a lei de Hooke e começa a sofrer deformação plástica.

Tipos de escoamento

A experiência de Reynolds (1883) demonstrou a existência de dois tipos de escoamentos, o escoamento laminar e o escoamento turbulento. O experimento teve como objetivo a visualização do padrão de escoamento de água através de um tubo de vidro, com o auxílio de um fluido colorido (corante).

Escoamento laminar: é definido como aquele no qual o fluido se move em camadas, ou lâminas, uma camada escorregando sobre a adjacente havendo somente troca de quantidade de movimento molecular. Qualquer tendência para instabilidade e turbulência é amortecida por forças viscosas de cisalhamento que dificultam o movimento relativo entre as camadas adjacentes do fluido.

Escoamento turbulento: é aquele no qual as partículas apresentam movimento caótico macroscópico, isto é, a velocidade apresenta componentes transversais ao movimento geral do conjunto ao fluido. O escoamento turbulento apresenta também as seguintes características importantes: Irregularidade, difusividade , altos números de Reynolds ,flutuações tridimensionais (vorticidade) e dissipação de energia . Contudo, o escoamento turbulento obedece aos mecanismos da mecânica dos meios contínuos e o fenômeno da turbulência não é uma característica dos fluidos mas do escoamento.

A natureza de um escoamento, isto é, se laminar ou turbulento e sua posição relativa numa escala de turbulência é indicada pelo número de Reynolds (Re).

Observação no laboratório

No laboratório, pudemos observar a partir de um tubo transparente com água, a diferença visual entre o escoamento laminar e turbulento. Para isso, foi necessário inserir permanganato de potássio no tubo, que serviu como um tipo de corante para vermos o efeito do experimento.

A diferença deu-se pela abertura do registro da água. Primeiro vimos o escoamento laminar, onde o permanganato de potássio passava pelo tubo de forma “organizada”. Quando mudou-se a vazão, passamos a observar o escoamento turbulento, no qual o corante passava pelo tubo de forma irregular e desordenada.

Podemos observar a demonstração na imagem abaixo:

Cálculos feitos em laboratório

Válvula metade aberta

Tempo 1 ( 20 cm) → 98 segundos

Tempo 2 ( 20 cm) → 90 segundos

Tempo 3 ( 10 cm) → 46 segundos

Média → 16,67 cm → 78 s

V= área da base x altura

V=32,5 x 22,8 x 16,67=12352,47 〖cm〗^3

∅= V/t

∅= 12352,47/78=158,365 〖cm〗^2/s

Vm=∅/A

Vm=158,365/(π.r^2 )= 158,365/(π .〖1,25〗^2 )=32,26 cm/s

ρ=1 g/〖cm〗^3

υ=32,26 cm/s

D=2,5 cm

μ=1,03 x〖10〗^(-4) (Kgf .s)/m^2 →101x〖10〗^(-4) (dyn.s)/〖cm〗^2

Re=(ρ V D)/μ

Re=1x32,26x2,5/(101.〖10〗^(-4) )=80,65/0,0101=7985,14

Válvula inteira aberta

Tempo 1 ( 20 cm) → 30 segundos

Tempo 2 ( 20 cm) → 30 segundos

Tempo 3 ( 10 cm) → 15 segundos

Média → 16,67 cm → 25 s

V= área da base x altura

V=32,5 x 22,8 x 16,67=12352,47 〖cm〗^3

∅= V/t

∅= 12352,47/25=494,09 〖cm〗^2/s

Vm=∅/A

Vm=494,09/(π.r^2 )= 494,09/(π .〖1,25〗^2 )=100,67 cm/s

ρ=1