Camada Limite

Definição

Camadas de limite são definidas como a região próxima à superfície do substrato, onde a velocidade da corrente de gás, a concentração das espécies de vapor e a temperatura não são iguais aos mesmos parâmetros na corrente de gás principal.

Camada limite, na mecânica de fluidos, camada fina de um gás ou líquido que flui em contato com uma superfície como a de uma asa de avião ou do interior de um tubo.

O fluido na camada limite é submetido a forças de cisalhamento. Existe uma gama de velocidades na camada limite, do máximo ao zero, desde que o fluido esteja em contato com a superfície.

As camadas de limite são mais finas na borda principal de uma asa de aeronave e mais grossas em direção à borda traseira.

O fluxo nessas camadas de limite é geralmente laminar na porção anterior ou a montante e turbulento na porção posterior ou a jusante.

Em Física, o que é uma Camada Limite?

Uma camada limite ocorre quando um fluido flui além de uma superfície fixa. É tipicamente definida como a região do fluido cuja velocidade é inferior a 99% do fluxo desimpedido do fluido.

Em outras palavras, é a zona de um fluido em movimento que é desacelerada em mais de 1% por uma superfície estacionária.

A camada limite foi definida para entender melhor a mecânica dos fluidos, dividindo o fluxo em duas regiões que exibem um comportamento diferente.

Regiões dentro e fora da camada limite também geram atrito de maneiras diferentes.

Um problema inicial na pesquisa aerodinâmica foi resolver as complexas equações de Navier-Stokes, que se acredita que governam o fluxo de fluido.

Existem muitos casos em que as soluções para as equações de Navier-Stokes não são conhecidas.

Percebeu-se, no entanto, que o fluxo de fluido exibia dois modos gerais de comportamento: laminar e turbulento.

O fluxo laminar é um fluxo suave e previsível, como o de uma bola caindo através do mel. O fluxo turbulento é aleatório e violento, como o que sai de uma mangueira de incêndio.

A camada limite separa essas duas zonas de fluxo de fluido.

Dentro da camada limite, o fluxo é principalmente laminar. Nesta região, o comportamento do fluxo é dominado por tensões viscosas. O estresse viscoso é diretamente proporcional à velocidade de um objeto que passa; um fluido altamente viscoso, como o mel, impõe muito atrito aos objetos que se movem rapidamente através dele. O fluxo laminar é caracterizado pelo fluxo de fluido em linhas paralelas sem irregularidades.

Fora da camada limite, o fluxo de fluido é predominantemente turbulento. Fluxo turbulento, seja em líquido ou gás, mostra comportamento semelhante.

Variações caóticas na velocidade e direção das partículas tornam impossíveis previsões precisas com o conhecimento atual. O efeito do atrito no fluxo turbulento também é diferente do fluxo laminar.

O atrito geralmente não é mais proporcional à velocidade do fluido no regime turbulento.

A razão pela qual as bolas de golfe têm covinhas está relacionada à camada limite do ar.

Em baixas velocidades, como durante a colocação, uma bola de golfe perfeitamente esférica não teria muito problema com o atrito do ar.

Durante o voo em alta velocidade, no entanto, as bolas de golfe esféricas teriam uma camada limite maior que as bolas com covinhas – o que significaria que mais ar está fluindo da maneira laminar.

Esse fluxo laminar realmente causaria mais atrito ao ar do que um fluxo turbulento.

As bolas de golfe com covinhas voam mais longe do que suas contrapartes esféricas porque possuem uma camada limite menor e não sofrem tanto atrito com o ar.

Fonte: Editores Portal São Francisco