Text of Mecânica dos Fluidos Introdução Propriedades Básicas dos Fluidos
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Mecnica dos Fluidos Introduo Propriedades Bsicas dos
Fluidos
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Departamento de Engenharia de Recursos Naturais UFCG
(www.hidro.ufcg.edu.br) Introduo Mecnica: 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.
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(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;
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Por que estudar Mecnica dos Fluidos? fluido
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
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(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 automveis
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(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;
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Por que estudar Mecnica 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
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Por que estudar Mecnica dos Fluidos?
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Por que estudar Mecnica 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.
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(www.hidro.ufcg.edu.br) 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;
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(www.hidro.ufcg.edu.br) 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
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Importncia Desta forma, torna-se importante
o conhecimento global das leis tratadas no que se denomina Fenmenos
de Transporte.
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Os Fenmenos de Transporte na Engenharia
Engenharia Civil e Arquitetura Engenharia Civil e Arquitetura
Constitui a base do estudo de hidrulica e hidrologia e tem aplicaes
no conforto trmico em edificaes
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Os Fenmenos de Transporte na Engenharia
Engenharias Sanitria e Ambiental Engenharias Sanitria e Ambiental
Estudos da difuso de poluentes no ar, na gua e no solo
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Os Fenmenos de Transporte na Engenharia
Engenharia Mecnica Engenharia Mecnica Processos de usinagem,
processos de tratamento trmico, clculo de mquinas hidrulicas,
transferncia de calor das mquinas trmicas e frigorficas e
Engenharia aeronutica
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Os Fenmenos de Transporte na Engenharia
Engenharia Eltrica e Eletrnica Engenharia 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;
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Quais as diferenas fundamentais entre
fluido e slido? Fluido mole e deformvel Slido duro e muito pouco
deformvel
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(www.hidro.ufcg.edu.br) 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.
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Fluidos:Lquidos e Gases Lquidos: - Assumem
a forma dos recipientes que os contm; - Apresentam um volume prprio
(constante); - Podem apresentar uma superfcie livre;
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(www.hidro.ufcg.edu.br) 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
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Teoria Cintica Molecular Qualquer substncia
pode apresentar-se sob qualquer dos trs estados fsicos
fundamentais, dependendo das condies ambientais em que se
encontrarem
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Estados Fsicos da Matria
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Fluidos De 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.
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Fluidos x Slidos A 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 comportaria
exatamente como se fosse um slido, isto , seria incompressvel.
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Fatores importantes na diferenciao entre
slido e fluido O fluido no resiste a esforos tangenciais por
menores que estes sejam, o que implica que se deformam
continuamente. F
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(www.hidro.ufcg.edu.br) 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
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Fluidos x Slidos Os 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.
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Fluidos: outra definio Um fluido pode ser
definido como uma substncia que muda continuamente de forma
enquanto existir uma tenso de cisalhamento, ainda que seja
pequena.
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Massa especfica -
a razo entre a massa do fluido e o volume que contm essa massa
(pode ser denominada de densidade absoluta)
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Massa especfica -
Nos sistemas usuais: Sistema SI............................Kg/m 3
Sistema CGS.........................g/cm 3 Sistema MK f
S........................Kgf.m -4.s 2
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Massas especficas de alguns fluidos Fluido
(Kg/m 3 ) gua destilada a 4 o C1000 gua do mar a 15 o C1022 a 1030
Ar atmosfrico presso atmosfrica e 0 o C 1,29 Ar atmosfrico presso
atmosfrica e 15,6 o C 1,22 Mercrio13590 a 13650 Petrleo880
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Peso especfico - a
razo entre o peso de um dado fluido e o volume que o contm. W
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Peso especfico -
Nos sistemas usuais: Sistema SI............................N/m 3
Sistema CGS.........................dines/cm 3 Sistema MK f
S........................Kgf/m 3
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Relao entre peso
especfico e massa especfica W
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Volume Especfico -
V s V s = 1/ =V/W definido como o inverso do peso especfico
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Volume especfico -
V s Nos sistemas usuais: Sistema SI............................m 3
/N Sistema CGS......................... cm3/dines Sistema MK f
S........................ m 3 /Kgf
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Densidade Relativa
- (ou Densidade) a relao entre a massa especfica de uma substncia e
a de outra tomada como referncia = o
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Densidade Relativa
- (ou Densidade) Para os lquidos a referncia adotada a gua a 4 o C
Nos sistemas usuais : Sistema SI..................... 0 = 1000kg/m
3 Sistema MK f S............... 0 = 102 kgf.m -4.s 2
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Propriedades dos fluidos Densidade Relativa
- (ou Densidade) Para os gases a referncia o ar atmosfrico a 0 o C
Nos sistemas usuais : Sistema SI................. 0 = 1,29 kg/m 3
Sistema MK f S............. 0 = 0,132 kgf.m -4.s 2
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(www.hidro.ufcg.edu.br) Exerccios 1. 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 m 3
determine a massa especfica, peso especfico e densidade do leo. 3.
Se 6,0m 3 de leo pesam 47,0 kN determine o peso especfico, massa
especfica e a densidade do fluido 4. Se 7m 3 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/s 2 5. Repita o
problema anterior usando o sistema MK f S. Compare os resultados.
6. O peso especfico da gua presso e temperatura usuais
aproximadamente igual a 9,8 kN/m 3. A densidade do mercrio 13,6.
Calcule a densidade, a massa especfica e o volume especfico do
mercrio, nos sistemas SI e MK f S.
