Viscosidade em fluidos envolve resistências ao movimento e ao fluxo, crucial em engenharia térmica. Conheça os 8 tipos principais: dinâmica, cinemática, relativa, e mais.
8 Tipos de Viscosidade em Fluidos Explicados
A viscosidade é uma propriedade fundamental dos fluidos que descreve a resistência ao movimento ou ao fluxo. Em termos simples, é a “espessura” de um fluido. Em thermal engineering, entender a viscosidade é crucial para projetar sistemas de calor e fluxo de fluidos. Existem diferentes tipos de viscosidade que são importantes em diversas aplicações. Vamos explorar os oito principais tipos:
1. Viscosidade Dinâmica (ou Viscosidade Absoluta)
A viscosidade dinâmica, muitas vezes referida apenas como viscosidade, é uma medida da resistência interna ao fluxo de um fluido quando uma força externa é aplicada. É denotada por μ e comumente medida em Pascal-segundo (Pa·s) ou poise (P), onde 1 P = 0.1 Pa·s.
Fórmula: \(\tau = \mu \frac{du}{dy}\)
- Onde:
- \(\tau\) = Tensão de cisalhamento
- \(\mu\) = Viscosidade dinâmica
- \(\frac{du}{dy}\) = Gradiente de velocidade
2. Viscosidade Cinemática
A viscosidade cinemática é a viscosidade dinâmica dividida pela densidade do fluido (\(\rho\)). É representada pela letra grega ν (nu) e medida em metros quadrados por segundo (m²/s).
Fórmula: \( \nu = \frac{\mu}{\rho} \)
3. Viscosidade Relativa
Também conhecida como índice de viscosidade, é a relação entre a viscosidade de um fluido e a viscosidade de um fluido de referência, geralmente água a 20°C.
Fórmula: \(\text{Viscosidade Relativa} = \frac{\mu_{\text{fluido}}}{\mu_{\text{água}}}\)
4. Viscosidade Aparentemente
A viscosidade aparente é uma medida obtida para fluidos não-newtonianos, onde a viscosidade varia com a taxa de cisalhamento. Diferente da viscosidade dinâmica, que é constante para fluidos newtonianos, a viscosidade aparente depende da deformação aplicada.
Fórmula: \(\mu_{\text{aparente}} = \frac{\tau}{\dot{\gamma}}\)
- Onde:
- \(\tau\) = Tensão de cisalhamento
- \(\dot{\gamma}\) = Taxa de cisalhamento
5. Viscosidade Efflux
É medida pelo tempo que um volume específico de fluido leva para escoar através de um orifício ou tubo sob força gravitacional específica.
A fórmula geral para cálculo baseia-se na Lei de Hagen-Poiseuille para fluxos laminares:
Fórmula: \( Q = \frac{\pi r^4 \Delta P}{8 \mu L} \)
- Onde:
- Q = Vazão volumétrica
- r = Raio do tubo
- \(\Delta P\) = Diferença de pressão
- \(\mu\) = Viscosidade
- L = Comprimento do tubo
6. Viscosidade Intrínseca
A viscosidade intrínseca é uma medida da contribuição de um soluto para a viscosidade da solução. É particularmente útil em estudos de polímeros e suspensões.
Fórmula: \( [\eta] = \lim_{c \to 0} \frac{\eta – \eta_0}{\eta_0 c} \)
- Onde:
- [\(\eta\)] = Viscosidade intrínseca
- \(\eta\) = Viscosidade da solução
- \(\eta_0\) = Viscosidade do solvente
- c = Concentração do soluto
7. Viscosidade Plástica
Utilizada em fluidos que exibem comportamento plástico de Bingham, onde o fluido não flui até que uma tensão de cisalhamento limite seja excedida.
Fórmula: \(\tau = \tau_0 + \mu_p \dot{\gamma}\)
- Onde:
- \(\tau\) = Tensão de cisalhamento
- \(\tau_0\) = Tensão de escoamento
- \(\mu_p\) = Viscosidade plástica
- \(\dot{\gamma}\) = Taxa de cisalhamento
8. Viscosidade Efetiva
A viscosidade efetiva é utilizada para descrever a viscosidade aparente de um fluido em condições específicas, especialmente em escoamentos complexos onde múltiplas taxas de cisalhamento estão presentes.
Não há fórmula única, mas sim uma integração dos valores de tensão de cisalhamento e taxa de cisalhamento ao longo do perfil do escoamento.
Compreender esses diferentes tipos de viscosidade é essencial para o projeto e análise de sistemas térmicos e de circulação de fluidos. Cada tipo de viscosidade oferece insights específicos sobre a dinâmica do fluido, facilitando soluções mais eficientes e precisas em engenharia térmica.
