Classificação dos fluidos

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Classificação dos fluidos
Os fluidos newtonianos apresentam uma relação linear da taxa de deformação e a tensão de cisalhamento, são diretamente proporcionais.
A maioria dos fluidos comuns são newtonianos: água, ar, gasolina e óleos.
Para fluidos não newtonianos, a relação entre tensão de cisalhamento e a taxa de deformação é não-linear. A inclinação da curva do gráfico de τ versus é denominada viscosidade aparente do fluido. 
Fluidos Dilatantes ou de aumento de Cisalhamento: A viscosidade aparente aumenta com a taxa de deformação. Exemplo: soluções de amido ou areia em suspensão.
Fluidos Pseudoplásticos ou de redução de cisalhamento: O fluido torna-se menos viscoso à medida que o cisalhamento aumenta como as tintas, soluções de polímeros e fluidos com partículas em suspensão. 
Plásticos de Bingham: Quando são submetidas a uma tensão de cisalhamento, inicialmente se comportam como sólidos, mas deformam continuamente quando a tensão de cisalhamento excede um limite de carga, passando então a comporta-se como fluidos. Exemplo: pasta de dente.
Escoamentos
O escoamento de um fluido em um cano estacionário ou sobre uma superfície sólida não porosa pode cessar totalmente dependendo da superfície do sólido. Ou seja, um fluido em contato direto com o sólido gruda na superfície devido aos efeitos viscosos e não há escoamento. 
Essa camada que gruda sobre a superfície desacelera a camada de fluido adjacente devido às forças viscosas entre as camadas do fluido, que, por sua vez, desacelera a camada seguinte e assim por diante.
O perfil de velocidade de um escoamento é construído por essas camadas. 
A região do escoamento adjacente à parede na qual os efeitos viscosos (e portanto os gradientes de velocidade) são significativos é chamada de camada limite. 
Essa condição de não escoamento do fluido e o desenvolvimento da camada limite é a viscosidade que será vista posteriormente. 
CLASSIFICAÇÃO DE ESCOAMENTOS DE FLUIDOS
As propriedades dos fluidos e a superfície onde ocorre definem o tipo de escoamento presente. 
Escoamento Viscoso versus Não-Viscoso
Duas camadas movendo-se uma em relação à outra, desenvolve-se uma força de atrito entre elas e a camada mais lenta tenta reduzir a velocidade da camada mais rápida provocando uma resistência ao escoamento do fluido. Surge nesse momento a viscosidade do fluido, a propriedade responsável por essa resistência ao escoamento. 
A viscosidade mede as forças coesivas entre as moléculas num líquido e as colisões moleculares dos gases. Não há fluido que possua viscosidade nula e o escoamento será classificado como escoamento viscoso. Porém, há regiões do fluido que estão muito afastadas da superfície sólida e as forças viscosas são muito baixas classificamos nesses casos o escoamento de não-viscoso. 
Escoamento Interno Versus Externo
O escoamento dos fluidos é classificado como interno ou externo, dependendo do fato do fluido ser forçado a escoar num canal confinado ou sobre uma superfície. 
O escoamento interno representa o escoamento de um fluido em um duto ou tubo. O escoamento de água num cano, por exemplo, é um escoamento interno, e o escoamento de ar sobre um tubo exposto durante uma ventania é um escoamento externo. 
Quando um escoamento ocorre num ducto é chamado de escoamento de canal aberto se o ducto estiver apenas parcialmente cheio com líquido e houver uma superfície livre. Exemplos: os escoamentos de água em rios ou valas de irrigação. 
Os escoamentos internos são dominados pela influência da viscosidade em todo o campo do escoamento. Nos escoamentos externos, os efeitos viscosos estão restritos às camadas-limites próximas das superfícies sólidas. 
Escoamento Compressível versus Incompressível 
Escoamento nos quais as variações de densidade são desprezíveis são denominados incompressíveis; quando essas variações são consideráveis o escoamento é dito compressível. 
Ou seja , se a densidade permanece aproximadamente constante em todos os lugares é dito incompressível, e o volume de cada porção do fluido permanecerá constante em todos os lugares. 
Os líquidos são usualmente designados como substâncias incompressíveis. Um pressão de 210 atm atuando sobre a água líquida causa mudança no valor da densidade da água líquida de apenas 1%. 
A maioria dos escoamentos de líquidos é essencialmente incompressível. Embora a maior parte dos escoamentos gasoso seja compressível, nos casos da velocidade do escoamento (V) ser pequena em relação a velocidade do som no fluido (c), ele pode ser considerado incompressível; quando o número de Mach, (M=V/c) for menor que 0,3
Onde M= número de mash V= velocidade do escoamento e c= velocidade do som (346 m/s)
O escoamento é denominado sônico quando M é igual a 1, quando M é menor que 1 é chamado de subsônico e é chamado de supersônico quando M é maior que 1. 
Escoamento em Regime Permanente e Transiente:
Se as propriedades do fluido em um ponto do campo não mudam com o tempo o escoamento é denominado escoamento em regime permanente. Neste tipo de escoamento, escoamento, as propriedades podem variar de ponto para ponto no campo, mas devem permanecer constante em relação ao tempo para um dado ponto qualquer. Se as propriedades do fluido em um ponto do campo variam com o tempo, o escoamento é dito não permanente ou transiente.
Escoamento Laminar e Turbulento:
O escoamento laminar apresenta um movimento altamente ordenado dos fluidos caracterizado por camadas suaves do fluido. O escoamento dos fluidos de alta viscosidade como os óleos com baixas velocidades é tipicamente laminar. O movimento altamente desordenado dos fluidos que ocorre em velocidades altas e é caracterizado por flutuações de velocidade é chamado de turbulento. 
O escoamento de fluidos de baixa viscosidade como o ar em altas velocidades é tipicamente turbulento. O regime de escoamento tem grande influência sobre a potência requerida para o bombeamento. Um escoamento que se alterna entre laminar e turbulento é chamado de transitório. 
Número de Reynolds 
O número de Reynolds (abreviado como Re) é um número adimensional usado em mecânica dos fluídos para o cálculo do regime de escoamento de determinado fluido dentro de um tubo ou sobre uma superfície. É utilizado, por exemplo, em projetos de tubulações industriais e asas de aviões. O seu nome vem de Osborne Reynolds, um físico e engenheiro irlandês. O seu significado físico é um quociente entre as forças de inércia e as forças de viscosidade.
Número de Reynolds em Tubos 
Re<2000 – Escoamento Laminar
2000<Re<2400 – Escoamento de Transição
Re>2400 – Escoamento Turbulento.
Tabela de Viscosidade Dinâmica
A importância fundamental do número de Reynolds é a possibilidade de se avaliar a estabilidade do fluxo podendo obter uma indicação se o escoamento flui de forma laminar ou turbulenta. O número de Reynolds constitui a base do comportamento de sistemas reais, pelo uso de modelos reduzidos. Um exemplo comum é o túnel aerodinâmico onde se medem forças desta natureza em modelos de asas de aviões. Pode-se dizer que dois sistemas são dinamicamente semelhantes se o número de Reynolds, for o mesmo para ambos.
Exercícios
Calcular o número de Reynolds e identificar se o escoamento é laminar ou turbulento sabendo-se que em uma tubulação com diâmetro de 4cm escoa água com uma velocidade de 0,05m/s.
Calcular o número de Reynolds e identificar se o escoamento é laminar ou turbulento sabendo-se que em uma tubulação com diâmetro de 4cm escoa água com uma velocidade de 0,2m/s. 
Um determinado líquido, com ρ=1200 kg/m³, escoa por uma tubulação de diâmetro 3cm com uma velocidade de 0,1m/s, sabendo-se que o número de Reynolds é 9544,35. Determine qual a viscosidade dinâmica do líquido.
Acetona escoa por uma tubulação em regime laminar com um número de Reynolds de 1800. Determine a máxima velocidade do escoamento permissível em um tubo com 2cm de diâmetro de forma que esse número de Reynolds não seja ultrapassado. 
Benzeno escoa por uma tubulação em regime turbulento com um númerode Reynolds de 5000. Determine o diâmetro do tubo em mm sabendo-se que a velocidade do escoamento é de 0,2m/s.