Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Mecânica dos Fluidos- Ed: 1º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 28
Explique por que o fator de atrito é independente do número de Reynolds para números de Reynolds muito grandes.
Passo 1
Para entender o motivo do fator de atrito ser independente do número de Reynolds para números de Reynolds muito grandes, temos que entender o motivo do fator de atrito de um escoamento turbulento (escoamento com número de Reynolds alto) diminui com o aumento do número de Reynolds.
O fator de atrito de um escoamento turbulento diminui com o aumento do número de Reynolds , porque o aumento de diminui o tamanho da subcamada viscosa de um escoamento turbulento. O tamanho da subcamada viscosa é um fator determinante para o valor do fator de atrito.
A subcamada viscosa é a região do escoamento turbulento que é mais próxima da parede do tubo. Nessa camada, as forças viscosas dominam o escoamento do fluido. Ou seja, nessa subcamada viscosa, o fluido é desacelerado por conta da sua viscosidade. Por isso, quanto menor o tamanho da subcamada viscosa, menor a quantidade de fluido que é desacelerada por conta do atrito entre as camadas de fluido causado pela viscosidade.
Isso quer dizer que quanto menor a subcamada viscosa, menor o fator de atrito de um escoamento turbulento.
Passo 2
Resumindo, quanto maior o número de Reynolds, menor o tamanho da subcamada viscosa e menor a influência da subcamada viscosa sobre a desaceleração do escoamento através do atrito. Em outras palavras, quanto maior o número de Reynolds, menor o fator de atrito.
Acima de um determinado valor de número de Reynolds, a subcamada viscosa é tão pequena que a sua influência nas perdas por atrito do escoamento não são mais relevantes. Logo, o fator de atrito deixa de diminuir por conta do aumento do número de Reynolds.
Resposta
Porque quanto maior o número de Reynolds, menor o tamanho da subcamada viscosa. Acima de um determinado valor de número de Reynolds, a subcamada viscosa é tão pequena que a sua influência nas perdas por atrito do escoamento não são mais relevantes e o fator de atrito deixa de diminuir.