Desafio - Escoamento Laminar

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Escoamento Laminar
Desafio
Os tipos de escoamento dependem do tipo de fluido em relação ao conjunto de grandezas de velocidade e viscosidade e do local (diâmetro do tubo ou recipiente) por onde o fluxo do fluido estará percorrendo a trajetória.
Observe a situação a seguir:
	
Agora, imagine que você, como engenheiro, precisará realizar a manutenção e a limpeza desses dutos de exaustão; assim, deverá conhecer o tipo de escoamento e o fluido que passa por ele. Sabendo disso, responda:
a) Qual o tipo de fluido transportado pelos dutos de exaustão? Justifique.
b) Qual seria o tipo de escoamento para esse tipo de fluido e o diâmetro dos dutos? Justifique.
Resposta:
Em resposta ao desafio proposto, fizemos uma pesquisa utilizando dos materiais acadêmicos da Faculdade ENIAC, os vídeos aulas e apoio em vídeos do Youtube recomendados pelos links´s #saiba mais, entendemos que estas forças que atuam sobre os objetos imersos em gases são a velocidade do fluxo do ar e pressão do ar.
a) Poluentes e odores produzidos no ambiente fabril. Porque estão ligados diretamente ao sistema de exaustores da unidade. A vazão, a queda de pressão e a potência necessária de bombeamento são proporcionais ao comprimento do tubo e à viscosidade do fluido, mas é inversamente proporcional ao diâmetro do tubo. Segundo Çengel e Cimbala (2015), uma quantidade de interesse para a análise do escoamento em tubo é a queda de pressão ΔP, considerando que esta está diretamente relacionada aos requisitos de potência do ventilador ou da bomba para manter o escoamento. Observamos que dP/dx = constante, e que a integração de x = x1, na qual a pressão é P1 a x = x1 + L, em que a pressão é P2, resulta em:
A queda de pressão pode ser expressa pela equação do escoamento laminar:
O símbolo Δ geralmente é usado para indicar a diferença entre os valores final e inicial, como em Δy = y2 – y1. No entanto, no escoamento de fluidos, ΔP é usado para designar a queda de pressão e, portanto, esta é P1 – P2. Uma queda de pressão devido aos efeitos viscosos representa uma perda irreversível de pressão e é chamada de perda de pressão ΔPL, para enfatizar que se trata de uma perda, assim como a perda de carga hL, que é proporcional a ela (ÇENGEL; CIMBALA, 2015). O escoamento laminar ocorre quando o fluido se move em camadas ou lâminas, havendo somente a troca de movimento molecular. Esse tipo de escoamento amortece qualquer turbulência com as forças viscosas de cisalhamento, dificultando o movimento relativo entre as lâminas.
No escoamento turbulento ocorre o contrário, visto que as partículas fluidas estão em constante turbulência. Osborne Reynolds (1842-1912) estudou os dois escoamentos e chegou à equação:
Na qual ρ corresponde à massa específica, V corresponde à velocidade característica, D corresponde ao diâmetro pelo qual o fluxo do fluido passa e μ corresponde à viscosidade.
b) Para identificar o tipo de fluido, é importante calcular o número de Reynolds, pois, através desse número, é possível saber se o escoamento é turbulento ou laminar. A unidade da viscosidade absoluta (μ) é o poise, que recebeu esse nome em homenagem a ao médico francês que em 1840 realizou experimentos pioneiros com escoamento de água em tubos. Um poise equivale a uma g/(cm ∙ s). A unidade da viscosidade cinemática (ⱱ) é o stokes, que recebeu esse nome em homenagem ao físico britânico George Gabriel Stokes, que em 1845 ajudou a desenvolver as equações diferenciais parciais básicas da quantidade de movimento dos fluidos. Um stokes equivale a um cm²/s. A água a 20°C tem μ ≈ 0,01 poise e ⱱ ≈ 0,01 stokes (WHITE, 2018). A velocidade média do escoamento laminar em um tubo horizontal é
A equação abaixo é conhecida como lei de Poiseuille, e esse escoamento é chamado de escoamento de Hagen-Poiseuille em homenagem aos trabalhos desenvolvidos por Gotthilf Hagen (1797-1884) e Poiseuille sobre o assunto:
A queda de pressão ΔP é igual à perda de pressão ΔPL no caso de um tubo horizontal, mas esse não é o caso dos tubos inclinados ou dos tubos com área de seção transversal variável (ÇENGEL; CIMBALA, 2015). Se ambas as placas são estacionárias e o escoamento se deve apenas a um gradiente de pressão, trata-se de um escoamento de Poiseuille (POTTER;WIGGERT, 2008).A lei de Poiseuille, de forma simplificada, relaciona a vazão de um tubo cilíndrico ao transportar um fluido viscoso, podendo ser representada pela equação:
A lei de Poiseuille, de forma simplificada, relaciona a vazão de um tubo cilíndrico ao transportar um fluido viscoso, podendo ser representada pela equação:
na qual Q corresponde à vazão, R corresponde ao raio do tubo, L corresponde ao comprimento, P corresponde à pressão e μ corresponde ao coeficiente de viscosidade.
Os elementos finitos são utilizados em diversas áreas da engenharia, como estruturas e escoamentos de fluidos, Segundo White (2018), a fórmula de Navier-Stokes é representada pela equação:
na qual ∇ corresponde ao gradiente, μ corresponde à viscosidade e V corresponde à velocidade. A equação de Stokes é aplicável a sistemas não lineares, em campos de vetoriais abstratos de diversos tamanhos, traçando o movimento dos fluidos não rarefeitos em espaço físico.
Conclusão
Através dos estudos, concluímos que o entendimento para Escoamento Laminar e Turbulento, em atendimento ao Desafio Proposto, nos trás uma panorâmica de aprendizado e compreensão técnica para a seguinte conclusão, que à medida que houve o aperfeiçoamento da tecnologia, foram originados recursos munidos com elevado potencial de funcionamento, promovendo não somente a simplicidade de determinadas tarefas, mas também, a otimização de operações exercidas em segmentos industriais e comerciais.
Além do aprimoramento funcional de atividades corporativas, a aplicação de meios tecnológicos proporcionou as condições favoráveis para amplificar tanto a qualidade de vida quanto a proteção de funcionários e colaboradores.
Dentre os principais artefatos empregados atualmente, podemos destacar um duto de exaustão por conta de este contribuir para eliminar resíduos de forma adequada.
A essencialidade do emprego de um duto de exaustão, a princípio e um sistema de exaustão se trata do meio aplicado com o objetivo de coletar e transportar materiais gasosos resultantes de procedimentos industriais, evitando que operadores e funcionários sejam expostos aos mesmos.
Com isso, um duto de exaustão pertence a esse sistema sendo responsável pelo direcionamento dos elementos a serem descartados. Em outras palavras, quando os mecanismos captadores efetuam a remoção dos gases e vapores, esses são conduzidos ao equipamento responsável pelo tratamento e purificação por via de condutos.
Porém, para que seja garantido o êxito dessa operação, as tubulações empregadas devem ser elaboradas com o uso dos materiais compatíveis aos fluidos a serem conduzidos, precisamente para evitar reações outras adversidades.
Além do mais, um duto pode se apresentar com um formato que varia entre o molde circular ao retangular, podendo ser ou não composto por flanges e emendas soldadas ou cravadas. Um dos motivos que comprovam a importância desse fator consiste na compatibilidade com a estrutura destinada a ser aprimorada com esse sistema.
Logo, um duto de exaustão projetado e fornecido pela Indústria corresponde ao componente essencial para proporcionar tanto a qualidade quanto a eficiência, sem abandonar a segurança de seu empreendimento.
Referências Bibliográficas
ÇENGEL, Y. A.; CIMBALA, J. M. Mecânica dos fluidos: fundamentos e aplicações. 3. ed. Porto Alegre: AMGH; Bookman, 2015. 1016 p.POTTER, M. C.; WIGGERT, D. C. Mecânica dos fluidos. Porto Alegre: Bookman, 2018. 258 p. WHITE, F. M. Mecânica dos fluidos. 8. ed. Porto Alegre: AMGH; Bookman, 2018. 864 p.