ETF-Introdução a Mecânica dos Fluidos

Mecnica dos FluidosIntroduo Propriedades Bsicas dos Fluidos

Introduo Mecnica:

Cincia que estuda o equilbrio e o movimento de corpos slidos, lquidos e gasosos, bem como as causas que provocam este movimento; se tratando somente de lquidos e gases, que so denominados fluidos, recai-se no ramo da mecnica conhecido como Mecnica dos Fluidos.

Em

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

Introduo

Mecnica 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 estudar Mecnica 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 atuanteDepartamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

Por que estudar Mecnica 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 supersnicos mquinas de grande efeito aerobarcos pistas inclinadas e verticais para decolagem cascos de barcos e navios projetos de submarinos e automveisDepartamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

Por que estudar Mecnica 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;



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 psse 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





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 Histrico

At 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;


Importncia

Nos problemas mais importantes, tais como:

Produo de energia Produo e conservao de alimentos Obteno de gua potvel Poluio Processamento de minrios Desenvolvimento industrial Aplicaes da Engenharia Medicina

Sempre aparecem clculos de:

Perda de carga Foras de arraste Trocas de calor Troca 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 Arquitetura

Constitui a base do estudo de hidrulica e hidrologia e tem aplicaes no conforto trmico em edificaes


Os Fenmenos de Transporte na EngenhariaEngenharias

Sanitria e Ambiental

Estudos da difuso de poluentes no ar, na gua e no solo



Mecnica

Processos de usinagem, processos de tratamento trmico, clculo de mquinas hidrulicas, transferncia de calor das mquinas trmicas e frigorficas e Engenharia aeronutica



Eltrica e Eletrnica

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

Fluido:


Fluidos:Lquidos e GasesLquidos: - Assumem a forma dos recipientes que os contm; - Apresentam um volume prprio (constante); - Podem apresentar uma superfcie livre;Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

Fluidos:Lquidos e GasesGases 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.Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

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 decompresso fosse usada para distinguir um slido de um fluido, este ltimo seria inicialmente comprimido, e a partir de um certo ponto ele se comportaria exatamente 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.F


Fatores importantes na diferenciao entre slido e fluidoJ os slidos, ao serem solicitados por esforos, podem resistir, deformar-se e ou at mesmo cisalhar.Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

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

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 -

massa m = = volume V a razo entre a massa do fluido e o volume que contm essa massa (pode ser denominada de densidade absoluta)Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

Propriedades dos fluidosMassa

especfica -

Nos sistemas usuais: Sistema SI............................Kg/m3 Sistema CGS.........................g/cm3 Sistema MKfS........................Kgf.m-4.s2


Massas especficas de alguns fluidosFluido gua destilada a 4 oC gua do mar a 15 oC Ar atmosfrico presso atmosfrica e 0 oC Ar atmosfrico presso atmosfrica e 15,6 oC Mercrio Petrleo (Kg/m3) 1000 1022 a 1030 1,29 1,22 13590 a 13650 880


Propriedades dos fluidos

Peso especfico -

W peso G = = volume V a razo entre o peso de um dado fluido e o volume que o contm.Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

Propriedades dos fluidosPeso

especfico -

Nos sistemas usuais: Sistema SI............................N/m3 Sistema CGS.........................dines/cm3 Sistema MKfS........................Kgf/m3


Propriedades dos fluidos Relao

entre peso especfico e massa especfica

mg = = = g V V G WDepartamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

Propriedades dos fluidosVolume

Especfico - Vs

Vs= 1/ =V/W definido como o inverso do peso especficoDepartamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

Propriedades dos fluidosVolume

especfico - Vs

Nos sistemas usuais: Sistema SI............................m3/N Sistema CGS......................... cm3/dines Sistema MKfS........................ m3/Kgf


Propriedades dos fluidosDensidade

Relativa - (ou Densidade)

= o a relao entre a massa especfica de uma substncia e a de outra tomada como refernciaDepartamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)



Para os lquidos a referncia adotada a gua a 4oC Nos sistemas usuais: Sistema SI.....................0 = 1000kg/m3 Sistema MKfS ............... 0 = 102 kgf.m-4 .s2Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)



Para os gases a referncia o ar atmosfrico a 0oC Nos sistemas usuais: Sistema SI................. 0 = 1,29 kg/m3 Sistema MKfS .............0 = 0,132 kgf.m-4 .s2Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

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 fluido 4. 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/s2 5. 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.Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br)

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