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3+tipos fluidos

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Tipos de Fluidos

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3+tipos fluidos

  1. 1. Física II –Tipos de Fluidos 1 III – TIPOS DE FLUIDOS 1- Conceitos e definições Antes de discorrermos sobre alguns tipos de fluidos, reproduzimos aqui, de forma resumida, alguns conceitos e definições. -Fluido é uma substância que se deforma continuamente (escoa) sob a ação de uma força. - Tensão de cisalhamento (shear stress, representada pela letra grega tau), é definida como a força por unidade de área aplicada tangencialmente à face de um material. Quando  se refere à tensão devido à “resistência viscosa” é também denominada tensão de arraste. - Taxa de cisalhamento (shear rate), é comumente representado por  . É usual escrever a equação  dv/dy na forma    γ , (1) onde γ  dv/dy é denominado taxa de cisalhamento. Note que o gradiente da velocidade dv/dy tem dimensão de segundo-1 . 2- Classificação dos Fluidos (a)- Fluido newtoniano é aquele cuja viscosidade não se altera com a variação da taxa de cisalhamento:  γ , onde  é uma constante. (b)- Plástico de Binghan: é um material viscoplástico, isto é, ele se comporta como um sólido paravalores da tensão de cisalhamento abaixo de um certo valor crítico  (ou tensão yield), mas escoa como um fluido viscoso Newtoniano para           0 0 ,η/)( ,0    oy v  (2) (c)- Pseudoplástico: é um fluido cuja viscosidade  decresce com o aumento de taxa de cisalhamento  . Exemplos incluem cosméticos (cremes, pomadas); condimentos (ketchup, molhos); fluidos biológicos (sangue); e materiais industriais (colas, tintas, vernizes) Figura 1. Representação gráfica da expressão   para diversos tipos de fluido. Note que em geral )(  , isto é, a viscosidade varia com o valor da taxa de cisalhamento , sendo:    d d 
  2. 2. Física II –Tipos de Fluidos 2 (d)- Fluido dilatante: é um material cuja viscosidade aumenta com a taxa de cisalhamento. O exemplo mais conhecido é o da mistura de água (2 partes) com maizena (de 3 a 4 partes). Aplicações de fluidos com esta característica incluem: fluido para controle de tração em veículos automotores (tração nas 4 rodas); colete a prova de balas; utensílios esportivos e militares. (e)- Fluido tixotrópico: certos pseudoplásticos quando submetidos a uma taxa de cisalhamento ( γ ) constante, sua aparente viscosidade diminui ao longo do tempo de duração da tensão de cisalhamento. Em outras palavras, quando a taxa de cisalhamento sofre um incremento, e é mantida constante em um novo patamar, a viscosidade do material diminui sistematicamente com o tempo até atingir um valor de equilíbrio. Exemplos de materiais tixotrópicos: vários fluidos do corpo humano (fluido sinovial, hialoplasma; etc.); certas argilas; lama proveniente da atividade vulcânica; plastisol: suspenção de PolyVinyl Chloride usada como tinta para pintura silkscreen sobre tecidos. Nota: fluidos que apresentam tixotropia são freqüentemente confundidos com os pseudoplásticos. (f)- Fluido reopético: é a denominação que se dá a um fluido que submetido a uma taxa de cisalhamento constante, sua viscosidade aumenta progressivamente com o tempo até atingir um valor de equilíbrio. Exemplos: gesso (CaSO4.2H2O), certas pastas e tintas. Observe que o comportamento temporal de um material reopético é o oposto do tixotrópico. Por isso este tipo de fluido é freqüentemente confundido com fluidos dilatantes. 3 -Modelos matemáticos para alguns fluidos - Fluido viscoelástico – Material de Kelvin-Voigt Na Eq. (3), à direita, temos que E é a constante elástica, que caracteriza um sólido, e é a viscosidade, caracterizando um fluido. Adicionalmente temos que  (t) é a tensão aplicado no material, em função do tempo, e (t) é a deformação sofrida pelo material, também em função to tempo. Afigura ilustra a solução da equação para as condições em que uma tensão constante foi aplicada até o tempo to, isto é  (t) = o (constante) para 0< t < to, e  (t) = 0 para t > to. (3)
  3. 3. Física II –Tipos de Fluidos 3 - Fluido de Newton generalizado. Trata-se de um fluido para o qual a tensão de cisalhamento  é uma função da taxa de cisalhamento  (gradiente de velocidade). Em termos matemáticos )γ(F (4) onde F = F( γ ) é uma função genérica de γ (taxa de cisalhamento); γ  ∂v/∂y (gradiente de velocidade perpendicular ao plano de cisalhamento). A quantidade γ/)γ(ηef F (5) é denominada viscosidade efetiva, ou viscosidade aparente. Exemplos: * Fluido Lei de Potência obedece a relação n γK onde K é uma constante, n é um inteiro (1, 2, 3 , ...), e γ é a taxa de cisalhamento. A viscosidade efetiva efη , como uma função de γ , é então 1-n ef γ)γ(η  K * Fluido cruzante é definidos por sua viscosidade efetiva efη , como n         1 * 0 0 ef γη 1 η )γ(η    onde 0η e *  são constantes, e n = 1, 2, 3, ... (inteiro). Note que: Para n = 1, o comportamento é de fluido newtoniano. Mas para n > 1 temos duas condições a considerar: para * 0 γη  (a razão 1/γη * 0  ) e o fluido se comporta como fluido “lei de potência“ , enquanto que no limite * 0 γη  seu comportamento é o de um fluido newtoniano. * Fluido de (Pierre) Carreau obedece a relação   2 1 2 0ef )γ(1η)γ(η   n  
  4. 4. Física II –Tipos de Fluidos 4 onde nand,η0  são constantes. Este fluido se comporta como fluido newtoniano se 1γ  , e como fluido lei de potência se 1γ 

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