Defina cada um dos itens abaixo citando exemplos práticos, quando possível:
escoamento compressível e incompressível
escoamento compressível e incompressível
Passo 1
O enunciado pede para definirmos o que é escoamento incompressível e o que é escoamento compressível, citando exemplos práticos. O conteúdo entra no campo de mecânica dos fluidos, mais especificamente na caracterização dos regimes de escoamento segundo a variação de densidade do fluido. Para resolver, vamos explicar o critério físico (variação de densidade e número de Mach) e dar casos reais para cada tipo de escoamento.
Passo 2
Escoamento incompressível é aquele em que a densidade do fluido se mantém praticamente constante ao longo do escoamento. Na prática, isso vale sempre que as variações de pressão não forem suficientes para alterar a densidade de forma significativa. Em mecânica dos fluidos costuma-se adotar o modelo incompressível sempre que o número de Mach é pequeno, tipicamente
pois aí as mudanças de densidade ficam abaixo de cerca de 5 %. Exemplo prático:
Água circulando em tubulações de abastecimento ou rios. Mesmo em velocidades de vários metros por segundo, a densidade da água varia tão pouco que podemos usar e simplificar muito as equações de Navier–Stokes.
Água circulando em tubulações de abastecimento ou rios. Mesmo em velocidades de vários metros por segundo, a densidade da água varia tão pouco que podemos usar
Passo 3
Escoamento compressível é o regime em que a densidade do fluido varia de modo relevante ao longo do escoamento, de modo que não podemos tratar
como constante. Isso ocorre sempre que as pressões e velocidades são grandes o bastante para gerar compressão ou expansão do fluido — tipicamente quando
Nesse regime aparecem efeitos como ondas de choque, expansão de gases e aquecimento devido a compressão. Exemplos práticos:
- Gases em motores a jato, onde o ar entra na tomada de ar com velocidades supersônicas e sofre choques dentro do bocal.
- Fluxo de exaustão em túneis de vento supersônicos ou em bocais de foguete, em que as variações de densidade e temperatura são críticas para o desempenho.
Resposta
Escoamento incompressível: regime em que a densidade do fluido varia tão pouco (geralmente
) que podemos assumir
. Exemplo prático: água em tubulações, rios e canais, ou ar em dutos industriais de baixa velocidade.
Escoamento compressível: regime em que as variações de densidade são relevantes
, exigindo incluir a equação de estado e fenômenos como ondas de choque. Exemplos práticos: escoamento de ar em motores a jato, bocais de foguete e túneis de vento supersônicos.