O que é tensão crítica de escoamento?

Passo 1

Beleza, então a pergunta é “O que é tensão crítica de escoamento?” – ou seja, a gente tá na parte de Mecânica dos Fluidos/Rheologia e precisa entender o conceito de limite de tensão que faz o material “começar a escorregar” ou fluir. Para resolver isso, vamos precisar de noções de esforço de cisalhamento (tensão de cisalhamento) e do comportamento de fluidos que têm “tensão de rendição” (yield stress).

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é tensão de cisalhamento (shear stress). Imagina empurrar um bloco de gelo sobre uma superfície: a força que você aplica paralela à superfície divide essa força pela área de contato; isso é a tensão de cisalhamento, normalmente denotada por tau. Em fluidos simples (Newtonianos), qualquer pequena tau já faz o fluido deformar (fluír). Mas em certos materiais (como lama, argila, alguns polímeros, pasta de dente) existe uma “tensão mínima” que você tem que ultrapassar pra começar a escorregar – abaixo disso ele se comporta quase como um sólido.

Passo 3

Esse valor mínimo é a tensão crítica de escoamento (também chamada de “tensão de escoamento” ou “tensão de rendição” e em mecatrônica/rheologia aparece como tau0). A forma mais comum de traduzir isso em fórmula é no modelo de Bingham, dado por:
tau = tau0 + mup ,dotgamma
onde
  • tau é a tensão de cisalhamento aplicada,
  • tau0 é a tensão crítica de escoamento,
  • mup é a viscosidade plástica (ou viscosidade aparente),
  • dotgamma é a taxa de deformação (gradiente de velocidade do fluido).
Interpretando: se tau < tau0, o fluido não escorre (ficaria “parado”); se tau >= tau0, aí sim ele começa a fluir com uma taxa dotgamma que cresce conforme tau aumenta.

Passo 4

Em resumo, a gente usa a tensão crítica de escoamento para caracterizar materiais que não fluem imediatamente: é o “porta de entrada” do escoamento. Na prática, medir tau0 ajuda a saber, por exemplo, qual esforço de bomba ou vazão mínima é preciso pra transportar lama, pasta ou concreto dentro de um cano sem que entupa ou pare de fluir.

Resposta

A tensão crítica de escoamento (ou tensão de rendição, tau0) é o valor mínimo de tensão de cisalhamento que precisa ser aplicado num fluido (ou material plástico) para que ele deixe de se comportar como um sólido e passe a fluir.

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