4.5 Regimes de escoamento
O escoamento de fluidos pode ser classificado de duas maneiras, quanto ao movimento das partículas: laminar e turbulento.
No regime laminar, as partículas do fluido apresentam trajetórias bem definidas, que não se cruzam. É o regime típico de baixas velocidades, pequenos diâmetros e fluidos altamente viscosos.
No regime turbulento, o movimento é desordenado e transversal. É o regime típico de altas velocidades, grandes diâmetros e fluidos pouco viscosos.
![Regimes de escoamento laminar e turbulento. ^[Imagem original do trabalho de Reynols (1883): *An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water in parallel channels shall be direct or sinuous and of the law of resistance in parallel channels*]](images/4_reynolds.png)
Figura 4.6: Regimes de escoamento laminar e turbulento. 1
O melhor critério para se determinar o regime de escoamento é o Número de Reynolds, que recebeu esse nome em homenagem a Osborne Reynolds e seu clássico experimento realizado em 1883. O experimento de Reynolds consistiu de um tubo transparente, cuja vazão podia ser controlada, inserido em um recipiente com paredes de vidro. Na entrada do tubo havia um ponto de introdução de corante.
Aumentando-se gradualmente a vazão, inicialmente observa-se a formação de um filamento de corante retilíneo, característico do regime laminar. Abrindo-se mais o registro, aumentando a vazão, o filamento de corante passa a ter um movimento deordenado, até se difundir na massa líquida, como no regime turbulento.
Revertendo-se o processo, ou seja, fechando o registro, com a redução da vazão, o movimento volta a ser laminar. No entanto, este retorno ao regime laminar acontece em uma velocidade menor daquela necessária para que ocorra a passagem do regime laminar para o turbulento.
A velocidade em que ocorre essa transição é denominada velocidade crítica inferior (turbulento para laminar) e velocidade crítica superior (laminar para turbulento). Mas a velocidade sozinha não explica esse fenômeno, mas depende também do diâmetro e da viscosidade do fluido, como na Equação (4.7) do Número de Reynolds.
\[\begin{equation} Re = \frac{V \cdot D}{\nu} \tag{4.7} \end{equation}\]
em que:
- V - velocidade
- D - diâmetro
- \(\nu\) - viscosidade cinemática
O Número de Reynolds é um adimensional, ou seja, as dimenões se anulam, como pode ser verificado quando utilizadas unidades do SI: m/s (velocidade), m (diâmetro) e m2/s (viscosidade):
\(\frac{m/s \cdot m}{m^2/s} = \frac{m^2/s}{m^2/s} = adimensional\)
Qualquer que seja o sistema de unidade, o nº de Reynolds será o mesmo.
Se o escoamento está ocorrendo com nº de Reynolds maior que 4000, o regime será turbulento. Caso o nº de Reynols seja menor que 2000, o regime será laminar. Entre esses limites está a zona crítica, na qual não se pode determinar com segurança qual o regime de escoamento. Em condições práticas, o escoamento da água, que é pouco viscosa, ocorre sempre no regime turbulento.
Imagem original do trabalho de Reynols (1883): An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water in parallel channels shall be direct or sinuous and of the law of resistance in parallel channels↩︎