Veja quais são os tipos de fluídos e suas características

O estudo dos fluidos têm grande importância para quem está se preparando para a prova do Enem ou vestibulares , e para além dessas provas, o entendimento é a base de diversos processos industriais, sendo de especial atenção para a engenharia o estudo do comportamento dessas substâncias.

Neste artigo, vamos te apresentar os principais tipos de fluidos e suas características. Queremos te ajudar a entender essa importante parte da Física.

Vem com a gente? Boa leitura!

O que são fluidos?

Os fluidos, como o próprio nome já sugere, são aquelas substâncias que “fluem” ou tem a capacidade de “fluir”, isto é, mudam de forma e de curso a depender de condições externas ao espaço em que se encontram.

Quando um fluido é submetido a qualquer tipo de força externa, tem a capacidade de se deformar, e essa característica é a principal base da conclusão de que, diferentemente de outros estados de agregação, como no estado sólido, as matérias fluidas não possuem estrutura rígida.

Por mais que o nome sugira que os fluidos são líquidos, é possível encontrar matérias fluidas em diferentes estados físicos, inclusive no gasoso, em que a movimentação também é livre graças ao grau de desordem.

Em comparação com as substâncias gasosas, os líquidos apresentam maior densidade, e as moléculas estão agregadas de forma mais coesa. Contudo, o grau de compressibilidade dos gases pode ser maior, visto que eles tendem a preencher completamente o volume do recipiente em que se encontram.

No geral, o estudo dos fluidos está fortemente associado à Física e às áreas da engenharia, como a hidrostática e a hidrodinâmica. Entender o funcionamento dessas substâncias é essencial para processos como o estudo do fluxo de rios, planejamento urbano e criação de inovações tecnológicas.

Vamos conhecer um pouco mais das propriedades dos fluidos?

Propriedades e características dos fluídos

Algumas propriedades e características podem se aplicar para o estudo dos fluidos, fazendo com que seja mais usual perceber se um líquido ou gás pode ou não ser considerado como um fluido.

Para o estudo dos fluidos, assim como acontece com outros tipos de substância, usam-se dois tipos de convenções: real e ideal. Neste caso, o fluido real é aquele em que o estudo considera as condições “reais”, muitas vezes imprevisíveis. Já o fluido ideal está ancorado na teoria, supondo um comportamento ideal, sem interferências ou com interferências quantificáveis no funcionamento.

Tratamos aqui do modelo teórico de fluido ideal, que considera as características simplificadas para os fluidos:

• fluidos ideais não apresentam viscosidade
• fluidos ideais não são compressíveis
• fluidos ideais seguem as leis de conservação da massa e energia de forma perfeita
• fluidos ideais não apresentam resistência a cortes
• fluidos ideais não apresentam turbulências

Além dessas características, os fluidos também apresentam algumas propriedades:

Massa específica

A massa específica dos fluidos é a relação matemática entre a quantidade de matéria distribuída por uma quantidade de volume. Ela é representada pela letra grega ρ (rô) e possui unidade de medida kg/m3 pelo sistema internacional de unidades (S.I.).

Para representar a massa específica de um fluido, é comum o uso de unidades como g/cm3 ou kg/L. Sendo assim, 1 kg/L = 1 g/cm3 = 1 kg/m3, reiterando que se trata de um sistema que relaciona massa e volume.

Alguns fluidos possuem massa específica conhecida:

Pressão hidrostática

Essa propriedade está relacionada com os fluidos em repouso, que são capazes de exercer um tipo de pressão proporcional à sua densidade e altura. Nesta propriedade, são relacionadas a massa específica, a aceleração da gravidade e a altura de um fluido.

O estudo da pressão hidrostática dos fluidos é muito útil para processos industriais que dependem do entendimento das propriedades de diferentes materiais, seja para evitar acidentes, seja para otimizar transformações.

Tipos de fluídos

Além das características e propriedades dos fluidos que já mencionamos, um foco de estudo está nos tipos de fluidos de acordo com a sua constituição, isto é, do principal material que participa de sua formulação.

Base água

Os fluidos com base água são constituídos principalmente de água e podem ter diferentes tipos, de acordo com os usos que se faz desse recurso natural. Atualmente, os estudos consideram principalmente:

1. Fluidos convencionais: são os fluidos constituídos por água industrial, água do mar e salmoura, com baixo preço de produção e utilizados em diferentes operações industriais.
2. Fluidos poliméricos: são aqueles que se constituem tendo por base água industrial, água do mar, salmoura e diferentes tipos de polímeros.

Apesar das diferentes possibilidades de aplicação, o uso de fluidos de base água é entendido como uma opção de economia de recursos, haja visto a abundância da água em toda a superfície do planeta.

Base óleo

Os fluidos com base em óleo são aqueles que têm como base produtos de petróleo, isto é, óleo diesel, querosene de diferentes tipos ou mesmo parafinas, extraídas do processo de destilação dos componentes do petróleo.

Em comparação com outros tipos de fluidos, os que têm base em óleo apresentam maior potencial lubrificante e diminuição da viscosidade, além da alta estabilidade para operações que acontecem em altas temperaturas.

Apesar da larga utilização, os fluidos com base em óleo podem estar associados a severos riscos ambientais, e seu uso deve ser controlado visando a mitigação desses riscos.

Gases

Os fluidos gasosos são casos muito particulares no estudo dos fluidos, pois apresentam possibilidade de serem comprimidos graças aos espaços vazios entre as moléculas, além da característica de ocupar todo o volume do recipiente disponível.

Em comparação com os líquidos, o uso dos gases é vantajoso por sua baixa densidade e possibilidade de difusão, mesmo que não haja a aplicação de grandes quantidades de pressão para este fim.

Além disso, é característica dos gases exercer pressão sobre as paredes dos recipientes, um dos pontos mais observados nos estudos do comportamento dos fluidos de diferentes tipos pelas ciências.

Fórmulas dos fluídos

Para estudar os fluidos matematicamente, além de entender algumas das propriedades teóricas da física, algumas fórmulas são utilizadas de maneira a entender a distribuição e comportamento de fluidos.

Alguns teoremas se relacionam com estes cálculos, como o Teorema de Pascal, segundo o qual a pressão exercida sobre um fluido é distribuída de maneira uniforme em seu interior, ou o Teorema de Arquimedes, que descreve o deslocamento do volume dos fluidos quando há inserção de um copo no interior de um fluido.

De acordo com o teorema de Pascal, a pressão sobre um fluido ideal é constante, sendo assim, tem-se a fórmula matemática:

F/A = constante, onde F é a força aplicada em N (Newton) e A é a área de aplicação da força em m2.

Continue a leitura deste artigo para entender mais sobre áreas de estudo das propriedades dos fluidos.

Hidrostática

A hidrostática considera o estudo das propriedades dos fluidos em repouso, bem como todos os parâmetros associados a esse momento.

Para o cálculo da massa específica, em que se pode determinar principalmente a quantidade de matéria que constitui um fluido, pode-se realizar um cálculo que tem como base a massa específica da água pura.

A fórmula que relaciona a massa específica com o volume de um fluido é:

ρ = m/V, onde ρ é a massa específica em kg/m3, m é a massa em kg e V é o volume em m3

Além disso, a propriedade da pressão hidrostática, que também pode ser interpretada como a pressão exercida por uma coluna de fluido em repouso, é calculada de acordo com um princípio fundamental de produto, de maneira a ser considerada:

P = ρgh, onde ρ é a massa específica em kg/m3, g é a aceleração da gravidade em m/s2 e h é a altura do fluido em m.

Outro importante conhecimento da hidrostática é o da força de empuxo, exercida a partir do deslocamento da posição. Para este cálculo, tem-se:

E = ρgV, onde  ρ é a massa específica em kg/m3, g é a aceleração da gravidade em m/s2 e V é o volume em m3.

Por fim, a hidrostática considera a noção de preso aparente, que é a força resultante sobre um corpo que é inserido sobre um fluido:

PAP = P – E, ou seja, pressão hidrostática menos empuxo

Hidrodinâmica

A hidrodinâmica é uma área relacionada com a mecânica clássica, e estuda os fluidos em movimento, assim, conceitos como vazão (taxa com que um fluido “flui”) são importantes.

A fórmula de vazão volumétrica relaciona a vazão de um fluido em m3/s com a área de escoamento em m2 e a velocidade com que ocorre a fluência em m/s, tendo a fórmula:

Rv = A͘·v

A equação mais importante da hidrodinâmica é a equação de Bernoulli, que fornece informações sobre pressão, velocidade e altura de um fluido em escoamento, como em:

p1 + p vi2 2 + p g y1 = p2 + p v222 + g y2

Onde:

• p1 e p2 são pressões em Pascal (Pa)
• v1 e v2 são velocidades em m/s
• y1 e y2 açaí alturas em m
• ρ é a massa específica em kg/m3
• g é a aceleração da gravidade em m/s2

Agora que você já sabe tudo sobre os tipos de fluidos, não deixe de treinar seus conhecimentos com simulados e física e ciências da natureza! E compartilhe este artigo com quem também precisa saber tudo sobre fluidos!

Obrigado pela leitura, até a próxima!