Mec¢nica dos Fluidos - 01a
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  • 7/28/2019 Mecnica dos Fluidos - 01a

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    Mecnica dos Fluidos

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    Unidade 1 - Introduo

    Prof. Luiz Fernando WAGNER

    z Engenheiro civil;z Graduado pela Universidade Estadual de Ponta Grossa

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG2

    z Ps-graduando em Engenharia Urbana;

    z Engenheiro de obras de saneamento em empresas

    privadas entre 1992 e 2007;

    z Engenheiro da SANEPAR desde 2007;

    z Professor de cursinho pr-vestibular desde 1992;

    z Professor do CESCAGE desde 2012.

    Bibliografia

    z FOX, R.W.; MCDONALD, A.T. Introducao Mecanica dosFluidos. 5 edio. So Paulo: LTC, 2001.

    z MUNSON, BRUCE R. Fundamentos da Mecnica dos Fluidos.

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    So Paulo: Blucher, 2004.

    z YOUNG, DONALD F. Uma introduo Concisa a Mecnica dos

    Fluidos. So Paulo: Blucher, 2005.

    z BRUNETTI, FRANCO. Mecnica dos Fluidos. 2 edio. So

    Paulo: Pearson, 2005.z WHITE, F.M. Mecnica dos Fluidos, 4 Edio. So Paulo:

    McGrawHill, 2002.

    z BASTOS, FRANCISCO A. Problemas de Mecnica dos Fluidos.

    Rio de Janeiro: Ed. Guanabara, 1983.

    A Mecnica dos Fluidos

    A matria, como a conhecemos, se apresenta em

    trs diferentes estados fsicos, de acordo com a agrega

    de artculas: o estado slido o estado l uido e o estad

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG4

    gasoso.

    O estado slido caracteriza-se por conferir ao corp

    forma e volume bem definidos. Os lquidos e os gases, a

    contrrio dos slidos, no possuem forma prpriaassumem, naturalmente, a forma do recipiente que o

    contm.

    Fluido uma substncia que no tem uma forma prpria,assume o formato do recipiente.

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    Os fluidos so, portanto, os lquidos e os gases,

    sendo que os gases ocupam todo o recipiente, enquantoque os lquidos apresentam uma superfcie livre.

    Slido Lquido Gs

    Fluidos

    Os lquidos e gases so fluidos, pois podem escoa

    (fluir) livremente. Porm, quanto compresso, diferem

    entre si pois um gs facilmente comprimido, enquantque um lquido praticamente incompressvel.

    O mundo est rodeado or fluidos como ua e a

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG6

    essenciais para nossa vida.

    A Mecnica dos Fluidos lida com o comportament

    dos fluidos em repouso e em movimento.

    Mecnica dos Fluidos a cincia que tem por objetivo oestudo do comportamento fsico dos fluidos e das leis queregem este comportamento.

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    Algumas aplicaes tpicas da Mecnica dos

    Fluidos na Engenharia:

    Redes de distribuio de fluidos - gua, combustveis(gs natural, petrleo), de vapor de gua (em fbricas);

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    Ventilao em edifcios urbanos e industriais, tneis

    outras infra-estruturas;

    Mquinas de converso de energia (turbinahidrulicas, turbinas elicas, turbinas a vapor e gscom ressores, ventiladores e bombas hidrulicas ;

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG8

    Transferncia de calor e massa em equipamentos

    trmicos (caldeiras, trocadores de calor, fornalhas,

    queimadores, motores de combusto interna);

    Ao de fluidos sobre superfcies submersas -barra ens;

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    Transporte de veculos (resistncia ao avano

    sustentao de aeronaves, propulso de aeronaves

    de navios, segurana aerodinmica, controle de rudo circulao de ar no interior de veculos);

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG10

    Vibraes e esforos de origem aerodinmica em

    estruturas (edifcios, chamins, estdios, aeroportos);

    Estudos de qualidade de gua e de qualidade de ar(poluio atmosfrica);

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    Lubrificao, sistemas de aquecimento e refrigerao;

    Aparelhos hidrulicos - inclusive os utilizados n

    medicina como coraes e pulmes artificiais.

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG12

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    O estudo da Mecnica dos Fluidos dividido

    basicamente em dois ramos, a esttica dos fluidos e a

    cinemtica dos fluidos. O primeiro ramo trata daspropriedades e leis fsicas que regem o comportamento

    dos fluidos em repouso, j o segundo estuda o

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    comportamento dos fluidos em movimento.

    Os primeiros escritos sobre a Mecnica dos Fluidosso os de Archimedes (287212 a.C.), abordando os

    princpios da Hidrosttica e da flutuao, porm os estudos

    a respeito da Mecnica dos Fluidos tema contemporneo

    e continua at os dias atuais. No quadro a seguir temos

    um resumo histrico da disciplina ao longo do tempo.

    Quadro 1 - Resumo histrico da Mecnica dos Fluidos

    Archimedes (287212a.C.)

    Estabeleceu os princpios bsicos do empuxo e dflutuao

    Sextus Juluis Frontinus(40130)

    Escreveu um tratado sobre os mtodos romanos ddistribuio de gua

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG14

    Leonardo da Vinci(14521519)

    Expressou o princpio da continuidade de modelementar; observou e fez anlises de muitoescoamentos bsicos e projetou algumas mquinahidrulicas

    Galileu Galilei (15621642)

    Estimulou indiretamente a experimentao emhidrulica; revisou o conceito aristotlico de vcuo

    Evangelista Torricelli(16081647)

    Relacionou a altura baromtrica com o peso datmosfera e a forma do jato de lquido com atrajetrias relativas queda livre

    Quadro 1 - Resumo histrico da Mecnica dos Fluidos

    Blaise Pascal (16231662)

    Esclareceu totalmente o princpio de funcio-namento do barmetro, da prensa hidrulica e datransmissibilidade de presso

    Isaac Newton (1642 Explorou vrios aspectos da resistncia aos

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    escoamentos, a natureza as on as e esco r u ascontraes nos jatos

    Henri de Pitot (16951771)

    Construiu um dispositivo duplo tubo para indicar avelocidade nos escoamentos de gua a partir dadiferena de altura entre duas colunas de lquido

    Daniel Bernoulli(17001782)

    Escreveu sobre o movimento dos fluidos ( de suaautoria o termo "hidrodinmica"); organizou astcnicas manomtricas de medidas; aplicou oprincpio de conservao de energia nos fluidos;props a propulso a jato

    Quadro 1 - Resumo histrico da Mecnica dos Fluidos

    Leonhard Euler (17071783)

    Explicou o papel da presso nos escoamentoformulou as equaes bsicas do movimento e chamado teorema de Bernoulli; introduziu conceito de cavitao e descreveu os princpios d

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG16

    .

    Giovanni BattistaVenturi (17461822)

    Realizou testes de vrios bocais, particularmente acontraes e expanses cnicas

    Jean Louis Poiseuille

    (1799 1869)

    Realizou testes precisos sobre a resistncia nos

    escoamentos laminares em tubos capilaresHenri PhilibertGaspard Darcy (18031858)

    Estudou experimentalmente a resistncia aescoamento na filtrao e o escoamento em tubosiniciou os estudos sobre o escoamento em canaaberto (realizado por Bazin)

    Quadro 1 - Resumo histrico da Mecnica dos Fluidos

    Julius Weisbach

    (18061871)

    Incorporou a hidrulica nos tratados de Engenharia

    Mecnica utilizando resultados de experimentosoriginais. Descreveu vrios escoamentos e asequaes para o clculo da variao de presso nos

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    Robert Manning(18161897)

    Props muitas frmulas para o clculo daresistncia em escoamentos em canal aberto

    George Gabriel Stokes(18191903)

    Derivou analiticamente vrias relaes importantesda Mecnica dos Fluidos, que variam desde amecnica das ondas at a resistncia viscosa nosescoamentos, particularmente a associada aomovimento de esferas num fluido

    Quadro 1 - Resumo histrico da Mecnica dos Fluidos

    Ernst Mach (1838

    1916)

    Foi um dos pioneiros da aerodinmica supersnica

    Osborne Reynolds(18421912)

    Descreveu experimentos originais em muitocampos: cavitao, similaridade de escoamento

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG18

    em r os, res st nc a nos escoamentos emtubulaes. Props dois parmetros de similaridadpara escoamentos viscosos; adaptou a equao dmovimento de um fluido viscoso para as condiemdias dos escoamentos turbulentos

    Ludwig Prandtl (18751953)

    Introduziu o conceito de camada limite. considerado o fundador da Mecnica dos Fluidomoderna

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    Quadro 1 - Resumo histrico da Mecnica dos Fluidos

    Lewis Ferry Moody(18801953)

    Props muitas inovaes nas mquinas hidrulicase um mtodo para correlacionar os dados deresistncia ao escoamento em dutos, o qual utilizado at hoje

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    eo ore on arman(18811963)

    o um os ma ores expoentes a ec n ca osFluidos do sc. XX. Contribuiu de modosignificativo para o conhecimento da resistnciasuperficial, turbulncia e fenmeno da esteira

    Paul Richard HeinrichBlasius (18831970)

    Foi aluno de Prandtl e obteve a soluo analticadas equaes da camada-limite. Tambmdemonstrou que a resistncia ao escoamento emtubos est relacionada ao nmero de Reynolds

    Sistemas de unidades

    Prof. LUIZ FERNANDO WAG20

    Quem maior 8 ou 80?

    Para responder pergunta anterior, deve-se pensar

    em definir a grandeza qualitativa e quantitativamente.

    Qualitativamente, a grandeza definida pelaunidade de medida adotada para efeito de medio.

    Prof. LUIZ FERNANDO WAGNER

    , ,Sistema de Unidades adotado. Os trs sistemas deunidades fsicas mais utilizados so: SI, CGS e MKgfS.

    O sistema usado pela comunidade cientfica o

    Sistema Internacional de Unidades (SI), ou sistemamtrico, o qual possui sete grandezas fundamentais, as

    quais esto representadas no quadro a seguir, com a sua

    respectiva unidade de medida e smbolo dimensional.

    Quadro 1 Sistema Internacional de Unidades (SI)

    Grandeza Unidade Smbolo SmboloDimensional

    Comprimento metro m