Arrasto é o nome dado ao efeito que ocorre em escoamentos laminares e turbulentos, sendo melhor visualizado em escoamentos turbulentos. Quando um fluido escoa sobre uma superfície sólida, a força exercida pelo fluido na parede é chamada de força de arrasto, esse atrito gera diminuição da velocidade e perdas de carga, tão indesejados que estudos nessa área estão sendo realizados para minimizar essa dissipação energética.
Há duas forças em um escoamento, sendo as forças normais responsáveis pelo fluxo do fluido, e as tangenciais responsáveis pela força de atrito entre a parede e o fluido. A redução de arrasto foi descoberta em 1949 ao observar uma redução no diferencial de pressão num tubo, quando submetido a mesma vazão volumétrica na presença de aditivos. Os aditivos mais eficientes devem possuir estrutura de cadeia muito longa ou nenhuma ramificação, alto peso molecular, flexibilidade e boa solubilidade.
Os tipos de redução de arrasto podem ser separados em duas classes: os ativos, onde as estruturas são manipuladas através de mecanismos externos (sensores e atuadores) que em geral são mais difíceis de usar e acarretam em gasto extra de energia; e os passivos que, geralmente, envolvem modificações na superfície (ranhuras na parede, nanopostes e superfícies repelentes) ou na reologia do fluido (adição de pequenas quantidades de polímeros) (Eric Willemsens, 2013).
Os polímeros atendem a boa parte dos requisitos de aditivos citados acima e por serem da classe de redução de arrasto passiva (pode ser aplicada em diversos casos), eles acabam sendo mais usados para esse fim. O efeito de redução de arrasto tende a aumentar conforme o aumento de polímeros no fluido e, para diâmetros de tubos reduzidos.
Segundo Çengel (2012), uma alternativa para o aumento da redução de arrasto é pelo controle ativo dos vórtices alinhados com a direção da corrente que ocorrem na superfície do veículo (subcamada fina viscosa da camada limite turbulenta). Esse sistema não-linear pode amplificar pequenas perturbações a grandes reduções no arrasto. Atualmente só estudos teóricos e computacionais mostram que controlando esses sistemas, pode ocorrer redução de 15% a 25% na tensão de cisalhamento da parede. A figura 2 mostra um exemplo em microescala da redução de arrasto baseado no princípio eletrocinético. O escoamento eletrocinético movimenta pequenas quantidades de fluido rapidamente. Os atuadores deslocam impulsivamente um volume fixo de fluido entre a parede e a subcamada viscosa, de uma maneira que age contra o efeito dos vórtices da subcamada, reduzindo o arrasto.
REFERÊNCIAS
WILLEMSENS, Eric. AZEVEDO, Luís Fernando A. Estudo de redução de arraste no escoamento turbulento de água em duto quadrado ranhurado. Departamento de Engenharia Mecânica – PUC-Rio Relatório Anual PIBIC 2013.
LIMA DE BESSA, Keibler. REDUÇÃO DE ARRASTO POR ADIÇÃO DE POLÍMEROS EM ESCOAMENTO PULSÁTIL LAMINAR E TURBULENTO EM LEITOS ARTERIAIS CAUDAIS DE RATOS NORMOTENSOS E HIPERTENSOS E TUBOS RÍGIDOS. 2008. Tese de doutorado (Doutor/engenharia) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008.
ÇENGEL, Yunus A. Mecânica dos fluidos: Fundamentos e aplicações. Porto Alegre: AMGH Editora LTDA., 2012.