Qual é o número de Reynolds?

O número de Reynolds (Re) é um número sem dimensão relacionado à mecânica dos fluidos. Está entre os atributos mais importantes usados ​​para resumir as forças que atuam em um fluido e, com base em seu valor, é determinada a turbulência ou falta de turbulência de um fluido. A designação recebeu o nome de Osborne Reynolds, que fez muitos estudos pioneiros em mecânica de fluidos no final do século XIX e início do século XX. As variações na quantidade estão dispostas no eixo X do Moody Chart, um dos gráficos mais úteis na mecânica de fluidos.

Mais especificamente, o número de Reynolds é definido como a razão de forças inerciais, que contribuem para a turbulência, para forças viscosas, que atuam contra a turbulência dentro de um fluido. Em outras palavras, o número descreve a probabilidade do fluxo ser laminar ou turbulento para um determinado conjunto de condições físicas. O fluxo laminar, ou suave, indica que tudo no fluxo de um fluido está se movendo na mesma direção e esses fluxos internos não se afetam. O fluxo turbulento, por outro lado, indica que interrupções ou redemoinhos são criados dentro do fluxo principal.

O exemplo mais comum de fluxo laminar e turbulento pode ser encontrado em uma pia. Quando a água é ligada pela primeira vez e não flui muito rápido, fica clara. A maioria dos fluxos internos da água não interage entre si e se move na mesma direção; esse é um fluxo laminar e indica um número baixo de Reynolds. À medida que a quantidade e a velocidade da água aumentam, ela fica branca. Os fluxos internos começam a colidir entre si em um fluxo turbulento, introduzindo ar no fluxo da água.

Outro exemplo do conceito é imaginar um objeto se movendo através de um fluido. Quanto mais rápido o objeto se move, mais denso o líquido e quanto mais tempo o objeto se move, maior a probabilidade de o fluxo do fluido ser turbulento. Quanto mais viscoso ou pegajoso for um fluido, maior a chance de a espessura do fluido agir contra um fluxo turbulento.

Matematicamente, o número de Reynolds é definido como:

Re = ρ * V * L / µ
Onde Re = número de Reynolds
ρ = densidade do fluido (geralmente lb / ft ³ ou 3)
V = velocidade (geralmente pés / s ou m / s)
L = duração da viagem (geralmente pés ou m)
Em um tubo ou canal, L = raio hidráulico (geralmente pés ou m)
µ = viscosidade dinâmica do fluido (geralmente lb / (pés * s) ou kg / (m * s) ou Pa * s)

A partir da equação, pode-se observar que o número de Reynolds está em proporção direta com o comprimento. Também varia proporcionalmente ao comprimento e à densidade do fluido. Os números ρ , V e L contribuem para as forças inerciais, enquanto µ contribui apenas para as forças viscosas.

Para Re de 2.300 ou menos, o fluxo de fluido é considerado laminar. O fluxo turbulento, por outro lado, é alcançado quando Re é maior que 4.000. Os valores para o número de Reynolds entre essas duas quantidades indicam fluxos de transição, que podem exibir características dos dois tipos de fluxo.

O número de Reynolds é usado em muitas aplicações diferentes da mecânica dos fluidos. É uma parte necessária dos cálculos do fator de atrito em algumas equações na mecânica dos fluidos, como a equação de Darcy-Weisbach. Outro uso comum do número vem na modelagem de organismos que nadam na água, e essa aplicação foi feita desde os maiores animais - como a baleia azul - até animais muito pequenos, incluindo microorganismos. Ele ainda tem aplicações na modelagem do fluxo de ar em torno de objetos, como as asas de uma aeronave.