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Apostila petrobras-mecanica-dos-fluidos

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  • 1. Mecnica dos FluidosCURSO DE FORMAO DE OPERADORES DE REFINARIAFSICA APLICADA MECNICA DOS FLUIDOS 1

2. Mecnica dos Fluidos2 3. Mecnica dos Fluidos FSICA APLICADAMECNICA DOS FLUIDOSLUIZ FERNANDO FIATTE CARVALHO EQUIPE PETROBRASPetrobras / AbastecimentoUNS: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC, RECAP, SIX, REVAP3CURITIBA2002 4. Mecnica dos Fluidos 530 Carvalho, Luiz Fernando Fiatte. C331 Curso de formao de operadores de refinaria: fsica aplicada, mecnica dos fluidos / Luis Fernando Fiatte Carvalho. Curitiba : PETROBRAS : UnicenP, 2002.34 p. : il. color. ; 30 cm. Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC, RECAP, SIX, REVAP.41. Fsica. 2. Hidrosttica. 3. Hidrodinmica. I. Ttulo. 5. Mecnica dos FluidosApresentao com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe voc.Para continuarmos buscando excelncia em resultados,diferenciao em servios e competncia tecnolgica, precisamosde voc e de seu perfil empreendedor.Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre oCentro Universitrio Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representadapela UN-Repar, buscando a construo dos materiais pedaggicosque auxiliaro os Cursos de Formao de Operadores de Refinaria.Estes materiais mdulos didticos, slides de apresentao, planosde aula, gabaritos de atividades procuram integrar os saberes tc-nico-prticos dos operadores com as teorias; desta forma no po-dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como umprocesso contnuo e permanente de aprimoramento, caracterizadopela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades daPetrobras.Contamos, portanto, com a sua disposio para buscar outrasfontes, colocar questes aos instrutores e turma, enfim, aprofundarseu conhecimento, capacitando-se para sua nova profisso naPetrobras.Nome:Cidade:Estado:Unidade:Escreva uma frase para acompanh-lo durante todo o mdulo.5 6. Mecnica dos FluidosSumrio1CONCEITOS DE HIDROSTTICA APLICADOS ....................................................... 7 1.1 Conceito de fluido ..................................................................................................... 7 1.2 Propriedades gerais dos fluidos e diferena entre lquidos e gases ........................... 7 1.2.1 Propriedades gerais dos fluidos ....................................................................... 7 1.2.2 Diferena entre lquidos e gases ...................................................................... 8 1.3 Conceitos de massa especfica, peso especfico e densidade .................................... 9 1.3.1 Massa especfica .............................................................................................. 9 1.3.2 Peso especfico ............................................................................................... 10 1.3.3 Densidade relativa .......................................................................................... 10 1.4 Variao da densidade de lquidos com a temperatura ............................................ 11 1.5 Presso nos fluidos .................................................................................................. 12 1.5.1 Conceitos bsicos de presso ......................................................................... 12 1.5.2 Experincia de Torricelli ................................................................................ 13 1.5.3 Variao da presso com relao profundidade .......................................... 13 1.5.4 Medidores de presso ..................................................................................... 14 1.6 Princpio dos vasos comunicantes ........................................................................... 15 1.7 Princpio de Pascal (prensas hidrulicas) ................................................................ 16 1.8 Princpio de Arquimedes (empuxo) ........................................................................ 17 1.9 Princpio de funcionamento de densmetros ........................................................... 18 1.9.1 Os densmetros ............................................................................................... 18 1.9.2 Mtodo da balana hidrosttica ..................................................................... 18 1.9.3 Vaso de Pisani ................................................................................................ 18 1.9.4 Hidrmetro (densmetro) ............................................................................... 192CONCEITOS DE HIDRODINMICA APLICADOS .................................................. 20 2.1 Introduo ................................................................................................................ 20 2.2 Conceitos fundamentais .......................................................................................... 20 2.2.1 O escoamento ................................................................................................. 20 2.2.2 Vazo e Dbito em escoamento uniforme ...................................................... 21 2.2.3 Equao da continuidade nos escoamentos ................................................... 22 2.2.4 Tipos de medidores de presso ...................................................................... 2362.2.5 Mtodos de medida e Viscosmetros ............................................................. 24 2.2.6 Viscosmetros ................................................................................................. 25 2.2.7 Princpio de funcionamento do Sifo e efeitos do Golpe de Arete .............. 26 EXERCCIOS ................................................................................................................ 27 7. Mecnica dos Fluidos Conceitos de hidrosttica aplicados 1Como vimos, a propriedade comum a es-1.1 Conceito de fluido tes dois estados fsicos, de forma indefinida, Antes de estudarmos fluidos, devemos (lquido e gasoso) escoar ou "fluir", com fa-lembrar que a matria, como a conhecemos, cilidade, atravs de um condutor ou duto. Es-se apresenta em trs diferentes estados fsicos, tudaremos aqui os "fluidos ideais", tambmde acordo com a agregao de partculas: o esta- chamados fluidos perfeitos.do slido, o estado lquido e o estado gasoso.Nos fluidos ideais, consideremos que no O estado slido caracteriza-se por confe- existe atrito entre as molculas que se deslo-rir a um corpo forma e volume bem definidos. cam quando o fluido escoa, nem atrito entre oOs lquidos e os gases, ao contrrio dos sli- fluido e as paredes do condutor. De qualquerdos, no possuem forma prpria: assumem, maneira, este problema de atrito s ser im-naturalmente, a forma do recipiente que os con- portante no estudo dos fluidos em movimentotm. Os lquidos tm volume definido, enquanto (hidrodinmica) e, basicamente, no influiros gases, por serem expansveis, ocupam todo sobre os fluidos em equilbrio, cujo estudoo volume do recipiente que estejam ocupando. (hidrosttica) objeto inicial destes primeiros Fluido uma substncia que pode escoar captulos.(fluir) e, assim, o termo inclui lquidos e gases,Podemos adiantar, entretanto, que a gran-que diferem, notavelmente, em suas deza que caracteriza o atrito entre as molcu-compressibilidades; um gs facilmente com- las de um fluido a viscosidade. Por exem-primido, enquanto um lquido , praticamente, plo, voc certamente j percebeu a diferenaincompressvel. A pequena (mnima) variao marcante quando despejamos uma lata de leode volume de um lquido sob presso pode ser em um tanque ou no cho e outra igual cheiaomitida nas situaes iniciais desta apostila. de gua. Dizemos que o leo mais viscoso Como vimos acima, os lquidos tm volu- que a gua, pois "flui" com maior dificuldademe definido, enquanto os gases, por serem que a gua.expansveis, ocupam todo o volume do reci-piente em que estejam contidos. Estes aspec-tos so importantes, pois em refinarias a apli- 1.2 Propriedades gerais dos fluidos ecao destes conceitos fundamental no estu-diferena entre lquidos e gasesdo das caractersticas fsicas e qumicas, deA Hidrosttica, como j foi citado anterior-vapores, gasolina, petrleo, GLP e outros de-mente, trata de estudar os fluidos em equil-rivados. brio. Caracterizaremos, agora, algumas dasEstadoForma Volume propriedades dos fluidos em equilbrio, dandoSlidoDefinidaDefinido nfase especial aos lquidos. Mostraremos al-Lquido IndefinidaDefinido gumas diferenas entre lquidos e gases e dei-GasosoIndefinidaIndefinido xaremos os gases para serem estudados com maior detalhe, posteriormente. 1.2.1 Propriedades gerais dos fluidos As propriedades dos lquidos que mostra- 7 remos a seguir so de fcil verificao experi- mental e as explicaes tericas so baseadas nas leis de Newton.Slido Lquido Gasoso 8. Mecnica dos Fluidos 1. A superfcie livre de um lquido em4. Voc j deve ter observado que, ao mer-equilbrio plana e horizontal.gulhar em uma piscina ou mesmo nomar, a "presso" aumenta medida emque maior a profundidade que vocalcana. Ou seja, ocorre uma variaode presso, em funo da profundida-de. O estudo desta propriedade, com de-talhes, ser feito posteriormente. 2. A fora exercida por um lquido sobreuma superfcie qualquer sempre per-pendicular (normal) a essa superfcie.Isto pode ser constatado quando fura-mos um vaso que contm lquidos eobservamos que este se projeta (derra-Observao: Nos captulos futuros, mos-ma, escoa) perpendicularmente pare-traremos o que vem a ser presso e estabele-de do vaso.ceremos uma relao matemtica para se cal- cular o valor da presso a uma certa profundi- dade, sua influncia e aplicaes. 1.2.2 Diferena entre lquidos e gases Apesar dos lquidos e gases serem classi- ficados como fluidos, h algumas diferenas entre eles que podemos destacar. Uma primeira diferena j foi, de certa forma, apontada anteriormente, quando vimos que os gases, por serem expansveis, ocupam 3. A terceira propriedade diz respeito o volume total dentro de um recipiente, qual-imiscibilidade de lquidos de diferen- quer que seja sua capacidade.tes densidades, quando em equilbrio.Quando co