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Fluxo de gás através de tubulações e restrições

Thermodynamics Basic Theory Compressed Air Wiki Physics of Air Compressors

Um campo muito interessante da física é a termodinâmica, especialmente para compreender como funcionam os compressores de ar. Neste artigo falamos sobre o fluxo de gás e restrições, na sequência de nossa introdução à termodinâmica.

O número de Reynolds

fórmula para o número de Reynolds, cálculo

O número de Reynolds é uma relação adimensional entre inércia e fricção em um meio fluido.
É definido como:

Quais são os diferentes tipos de fluxo em um tubo?

fluxo de gás por uma tubulação

Em princípio, existem dois tipos de fluxo em um tubo. Com Re < 2.000, as forças viscosas dominam o meio e o fluxo se torna laminar. Isso significa que diferentes camadas do meio se movem umas em relação às outras na ordem correta. A distribuição de velocidade através das camadas laminares tem geralmente uma forma parabólica.

Com Re ≥ 4.000, as forças de inércia dominam o comportamento do meio fluido e o fluxo se torna turbulento, com partículas se movendo aleatoriamente ao longo do fluxo. A distribuição de velocidade através de uma camada com fluxo turbulento se torna difusa.

Na área crítica, entre Re ≤ 2.000 e Re ≥ 4.000, as condições de fluxo são indeterminadas: laminares, turbulentas ou uma mistura das duas. As condições são regidas por fatores como a suavidade da superfície do tubo ou a presença de outros distúrbios. Para iniciar um fluxo em um tubo, é necessária uma diferença de pressão específica para superar o atrito no tubo e nos acoplamentos. A quantidade de diferença de pressão depende do diâmetro do tubo, seu comprimento e forma, bem como a suavidade da superfície e o número de Reynolds.

O que é o efeito Joule Thomson?

Quando um gás ideal flui através de um restritor com uma pressão constante antes e depois do restritor, a temperatura permanece constante. No entanto, ocorre uma queda de pressão no restritor, através da energia interna que está sendo transformada em energia cinética. Esta é a razão pela qual a temperatura cai. Para gases reais, essa mudança de temperatura se torna permanente, mesmo que o conteúdo energético do gás permaneça constante. Isso é chamado de efeito Joule-Thomson. A mudança de temperatura é igual à mudança de pressão na restrição multiplicada pelo coeficiente de Joule-Thomson.


Se o meio fluido tiver uma temperatura suficientemente baixa (≤ +329 °C para o ar), ocorrerá uma queda de temperatura com a restrição no restritor, mas se o meio fluido estiver mais quente, ocorrerá um aumento de temperatura. Esta condição é usada em várias aplicações técnicas, por exemplo, em tecnologia de refrigeração e na separação de gases.


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