Desafio rápido, você consegue adivinhar o que é isso? Escorre com facilidade, desliza por onde passa e se molda ao ambiente sem reclamar. Estou falando dos fluídos! Acertou? Podemos pensar nos fluídos como os ginastas da natureza, eles são capazes de se deformar quando submetidos a uma força, não tendo forma fixa e sabendo como se movimentar com fluidez (literalmente!). Seja no copo d’água que você bebe, no vento que bagunça seu cabelo e até no combustível que move seu carro, os fluídos estão por toda a parte. Mas, apesar de tão comuns, eles escondem uma física fascinante por trás de cada gota e sopro.
A nível de contextualização, segundo artigo publicado na editora MDPI, cerca de 10% de toda a eletricidade consumida mundialmente é utilizada para bombear fluídos. Isso nos permite dimensionar um pouco melhor a importância que os fluídos têm para a vida como conhecemos hoje, algo que muitas vezes não percebemos.
Seja para o cálculo de forças e momentos em aeronaves, determinar a taxa de fluxo de massa de petróleo através de oleodutos, prever padrões climáticos, entender nebulosas no espaço interestelar, compreender fluxos geofísicos em grande escala envolvendo os oceanos e a atmosfera ou até para modelar a detonação de armas de fissão, as aplicações da mecânica dos fluídos são inúmeras.
Muito dessa notoriedade dos fluídos vêm da sua outra capacidade de transportar partículas e é aí que os sistemas particulados entram na história. A fluidodinâmica nesses sistemas explora justamente como esses corpos se movem dentro dos fluídos, influenciados por aspectos como pressão e viscosidade.
Esse campo de estudo é muito significativo para diversas indústrias incluindo engenharia química, ciências ambientais e aeronáutica justamente pelas aplicabilidades já discutidas que os movimentos e interações de partículas num intermédio fluído, seja ele líquido ou gasoso, pode ter.
Apesar de estarmos abordando de maneira mais simplificada, a análise dessa dinamicidade no sistema é bem complexa e envolve etapas extensas de modelagem, análise técnica e simulação para que o processo seja bem compreendido.
Para que se dê de maneira pertinente não só o entendimento, mas também a predição do comportamento das partículas num fluxo de fluído, a modelagem é crucial. Diferentes modelos são usados, cada um com seus pontos fortes e limitações, como por exemplo:
- Modelo Lagrangiano: Cada partícula é acompanhada individualmente, como se você estivesse “viajando junto com ela” no fluído.
- Modelo Euleriano: Aqui, o foco é em localizações específicas de observação do fluído, como se tivessem sensores distribuídos ao longo do campo de escoamento.
Na análise dos dados muitas técnicas computacionais são utilizadas devido a complexidade matemática do relacionamento entre as diversas variáveis (velocidade, pressão, temperatura das partículas, viscosidade, densidade, etc.). Nisso, a dinâmica dos fluídos computacional (CFD) é uma ferramenta insubstituível. Equações fundamentais da mecânica dos fluídos são resolvidas em um computador, dividindo o espaço em pequenas células ou volumes de controle (malha) e calculando ponto a ponto. Alguns softwares usados são:
- ANSYS Fluent
- OpenFOAM (código aberto)
- COMSOL Multiphysics
- SimScale (baseado na nuvem)
Dessa forma, a simulação tem um papel essencial nesse estudo. Ferramentas avançadas de simulação funcionam como lentes digitais que nos permitem “ver” como os fluidos se comportam dentro de qualquer equipamento – sem precisar abrir, cortar ou gastar material. Em vez de testar na prática, os engenheiros simulam no computador como o ar flui em torno de um carro, ou como a água circula num tanque cheio de partículas. Isso economiza tempo, dinheiro e evita surpresas.
Apesar da extensa aplicabilidade, a fluidodinâmica em sistemas particulados enfrenta muitos desafios. Quanto maior a escala das simulações, mais recursos computacionais são necessários já que os sistemas ficam muito mais complexos. Ainda, o entendimento de predição de fluxos multi-fase ainda é uma área muito desafiadora. Espera-se que futuros avanços no poder computacional e novos algoritmos sejam capazes de ampliar a capacidade de simulação em sistemas fluido-particulares. Não somente, a integração de ferramentas de inteligência artificial aos sistemas também se apresenta como possível adição e forma de superar os problemas atuais. Mais sobre isso no nosso outro artigo “Uso da Inteligência Artificial no Dia a Dia do Engenheiro”.
Em resumo, a fluidodinâmica em sistemas particulados é um campo que une teoria e prática para entender fenômenos essenciais da natureza e da indústria. Ao explorar como partículas interagem com fluídos em movimento, conseguimos otimizar processos, reduzir custos e até prever comportamentos complexos em escala global. Mais do que um ramo da engenharia, é uma forma de decifrar os bastidores invisíveis do mundo que nos cerca — onde cada gota, cada sopro e cada grão contam uma parte importante da história.
Autor: Lucas Baião. Prisma Jr.
Referências:
https://www.mdpi.com/1996-1073/14/21/7152
https://en.wikipedia.org/wiki/Fluid_dynamics