ETF-Introdução a Mecânica Dos Fluidos

Mecnica dos FluidosIntroduo Propriedades Bsicas dos Fluidos

Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

IntroduoMecnica: Cincia que estuda o equilbrio e o movimento de corpos slidos, lquidos e gasosos, bem como as causas que provocam este movimento;

Em se tratando somente de lquidos e gases, que so denominados fluidos, recai-se no ramo da mecnica conhecido como Mecnica dos Fluidos.


IntroduoMecnica dos Fluidos: Cincia que trata do comportamento dos fluidos em repouso e em movimento. Estuda o transporte de quantidade de movimento nos fluidos.Exemplos de aplicaes:O estudo do comportamento de um furaco;O fluxo de gua atravs de um canal;As ondas de presso produzidas na exploso de uma bomba;As caractersticas aerodinmicas de um avio supersnico;


Por que estudarMecnica dos Fluidos?O conhecimento e entendimento dos princpios e conceitos bsicos da Mecnica dos Fluidos so essenciais na anlise e projeto de qualquer sistema no qual um fluido o meio atuante


Por que estudarMecnica dos Fluidos?O projeto de todos os meios de transporte requer a aplicao dos princpios de Mecnica dos Fluidos. Exemplos:as asas de avies para vos subsnicos e supersnicosmquinas de grande efeitoaerobarcospistas inclinadas e verticais para decolagemcascos de barcos e naviosprojetos de submarinos e automveis


Por que estudarMecnica dos Fluidos?Projeto de carros e barcos de corrida (aerodinmica);Sistemas de propulso para vos espaciais;Sistemas de propulso para fogos de artifcio;Projeto de todos os tipos de mquinas de fluxo incluindo bombas, separadores, compressores e turbinas;Lubrificao;Sistemas de aquecimento e refrigerao para residncias particulares e grandes edifcios comerciais;


Por que estudarMecnica dos Fluidos?O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma (1940) evidencia as possveis conseqncias que ocorrem, quando os princpios bsicos da Mecnica dos Fluidos so negligenciados;A ponte suspensa apenas 4 meses depois de ter sido aberta ao trfego, foi destruda durante um vendaval;Inicialmente, sob a ao do vento, o vo central ps-se a vibrar no sentido vertical, passando depois a vibrar torcionalmente, com as tores ocorrendo em sentido oposto nas duas metades do vo. Uma hora depois, o vo central se despedaava


Por que estudarMecnica dos Fluidos?


Por que estudarMecnica dos Fluidos?O sistema de circulao do sangue no corpo humano essencialmente um sistema de transporte de fluido e como conseqncia o projeto de coraes e pulmes artificiais so baseados nos princpios da Mecnica dos Fluidos;

O posicionamento da vela de um barco para obter maior rendimento com o vento e a forma e superfcie da bola de golfe para um melhor desempenho so ditados pelos mesmos princpios.


Aceno HistricoAt o incio do sculo o estudo dos fluidos foi efetuado essencialmente por dois grupos Hidrulicos e Matemticos;

Os Hidrulicos trabalhavam de forma emprica, enquanto os Matemticos se concentravam na forma analtica;

Posteriormente tornou-se claro para pesquisadores eminentes que o estudo dos fluidos deve consistir em uma combinao da teoria e da experincia;


ImportnciaNos problemas mais importantes, tais como:Produo de energiaProduo e conservao de alimentosObteno de gua potvelPoluioProcessamento de minriosDesenvolvimento industrialAplicaes da Engenharia Medicina

Sempre aparecem clculos de:Perda de cargaForas de arrasteTrocas de calorTroca de substncias entre fases


ImportnciaDesta forma, torna-se importante o conhecimento global das leis tratadas no que se denomina Fenmenos de Transporte.


Os Fenmenos de Transporte na EngenhariaEngenharia Civil e ArquiteturaConstitui a base do estudo de hidrulica e hidrologia e tem aplicaes no conforto trmico em edificaes


Os Fenmenos de Transporte na EngenhariaEngenharias Sanitria e AmbientalEstudos da difuso de poluentes no ar, na gua e no solo


Os Fenmenos de Transporte na EngenhariaEngenharia MecnicaProcessos de usinagem, processos de tratamento trmico, clculo de mquinas hidrulicas, transferncia de calor das mquinas trmicas e frigorficas e Engenharia aeronutica


Os Fenmenos de Transporte na EngenhariaEngenharia Eltrica e EletrnicaImportante nos clculos de dissipao de potncia, seja nas mquinas produtoras ou transformadoras de energia eltrica, seja na otimizao do gasto de energia nos computadores e dispositivos de comunicao;


Quais as diferenas fundamentais entre fluido e slido?

Fluido mole e deformvel

Slido duro e muito pouco deformvel


Passando para uma linguagem cientfica: A diferena fundamental entre slido e fluido est relacionada com a estrutura molecular:

Slido: as molculas sofrem forte fora de atrao (esto muito prximas umas das outras) e isto que garante que o slido tem um formato prprio;

Fluido: apresenta as molculas com um certo grau de liberdade de movimento (fora de atrao pequena) e no apresentam um formato prprio.


Fluidos:Lquidos e Gases

Lquidos: - Assumem a forma dos recipientes que os contm;Apresentam um volume prprio (constante);Podem apresentar uma superfcie livre;


Gases e vapores:-apresentam foras de atrao intermoleculares desprezveis;no apresentam nem um formato prprio e nem um volume prprio;ocupam todo o volume do recipiente que os contm.Fluidos:Lquidos e Gases


Teoria Cintica MolecularQualquer substncia pode apresentar-se sob qualquer dos trs estados fsicos fundamentais, dependendo das condies ambientais em que se encontrarem


Estados Fsicos da Matria


FluidosDe uma maneira geral, o fluido caracterizado pela relativa mobilidade de suas molculas que, alm de apresentarem os movimentos de rotao e vibrao, possuem movimento de translao e portanto no apresentam uma posio mdia fixa no corpo do fluido.


Fluidos x SlidosA principal distino entre slido e fluido, pelo comportamento que apresentam em face s foras externas.Por exemplo, se uma fora de compresso fosse usada para distinguir um slido de um fluido,este ltimo seria inicialmente comprimido, e a partir de um certo ponto ele se comportariaexatamente como se fosse um slido, isto , seria incompressvel.


Fatores importantes na diferenciao entre slido e fluidoO fluido no resiste a esforos tangenciais por menores que estes sejam, o que implica que se deformam continuamente.


J os slidos, ao serem solicitados por esforos, podem resistir, deformar-se e ou at mesmo cisalhar.Fatores importantes na diferenciao entre slido e fluido


Fluidos x SlidosOs slidos resistem s foras de cisalhamento at o seu limite elstico ser alcanado (este valor denominado tenso crtica de cisalhamento), a partir da qual experimentam uma deformao irreversvel, enquanto que os fluidos so imediatamente deformados irreversivelmente, mesmo para pequenos valores da tenso de cisalhamento.


Fluidos: outra definioUm fluido pode ser definido como uma substncia que muda continuamente de forma enquanto existir uma tenso de cisalhamento, ainda que seja pequena.


Propriedades dos fluidosMassa especfica -

a razo entre a massa do fluido e o volume que contm essa massa (pode ser denominada de densidade absoluta)


Propriedades dos fluidosMassa especfica - Nos sistemas usuais:

Sistema SI............................Kg/m3Sistema CGS.........................g/cm3Sistema MKfS........................Kgf.m-4.s2


Massas especficas de alguns fluidos

Fluido (Kg/m3)gua destilada a 4 oC1000gua do mar a 15 oC1022 a 1030Ar atmosfrico presso atmosfrica e 0 oC1,29Ar atmosfrico presso atmosfrica e 15,6 oC1,22Mercrio13590 a 13650Petrleo880


Propriedades dos fluidos Peso especfico -

a razo entre o peso de um dado fluido e o volume que o contm.

W


Propriedades dos fluidosPeso especfico - Nos sistemas usuais:

Sistema SI............................N/m3Sistema CGS.........................dines/cm3Sistema MKfS........................Kgf/m3


Propriedades dos fluidosRelao entre peso especfico e massa especfica

W


Propriedades dos fluidosVolume Especfico - Vs

Vs= 1/ =V/W definido como o inverso do peso especfico


Propriedades dos fluidosVolume especfico - VsNos sistemas usuais:

Sistema SI............................m3/NSistema CGS......................... cm3/dinesSistema MKfS........................ m3/Kgf


Propriedades dos fluidosDensidade Relativa - (ou Densidade)

a relao entre a massa especfica de uma substncia e a de outra tomada como referncia = o



Para os lquidos a referncia adotada a gua a 4oCNos sistemas usuais:

Sistema SI.....................0 = 1000kg/m3 Sistema MKfS ............... 0 = 102 kgf.m-4 .s2



Para os gases a referncia o ar atmosfrico a 0oCNos sistemas usuais:

Sistema SI................. 0 = 1,29 kg/m3 Sistema MKfS .............0 = 0,132 kgf.m-4 .s2


Exerccios1. Determine o peso de um reservatrio de leo que possui uma massa de 825 kg.2. Se o reservatrio do exemplo anterior tem um volume de 0,917 m3 determine a massa especfica, peso especfico e densidade do leo.3. Se 6,0m3 de leo pesam 47,0 kN determine o peso especfico, massa especfica e a densidade do fluido4. Se 7m3 de um leo tem massa de 6.300 kg, calcule sua massa especfica, densidade, peso e volume especfico no sistema (SI). Considere g= 9,8 m/s25. Repita o problema anterior usando o sistema MKfS. Compare os resultados.6. O peso especfico da gua presso e temperatura usuais aproximadamente igual a 9,8 kN/m3. A densidade do mercrio 13,6. Calcule a densidade, a massa especfica e o volume especfico do mercrio, nos sistemas SI e MKfS.

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