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Mecânica dos fluidos

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  • 1. Mecnica dosFluidosProf. Msc. Alessandro Lisboa Curso de Engenharia CivilEmail:[email protected]

2. Mecnicados FluidosAula 1 Definio deMecnicados Fluidos, Sistema deUnidades 3. Tpicos Abordados NestaAula Apresentao do Curso e da Bibliografia. Definio de Mecnica dos Fluidos. Conceitos Fundamentais. Sistema de Unidades. 4. Contedo do Curso Definio de Mecnica dos Fluidos, Conceitos Fundamentais e Sistema Internacional de UnidadesPropriedades dos Fluidos, Massa Especfica, Peso Especfico e Peso Especfico RelativoEsttica dos Fluidos, Definio de Presso EstticaTeorema de Stevin e Princpio de PascalManmetros e ManometriaFlutuao e EmpuxoCinemtica dos Fluidos, Definio de Vazo Volumtrica, Vazo em Massa e Vazo em PesoEscoamento Laminar e Turbulento, Clculo do Nmero de ReynoldsEquao da Continuidade para Regime PermanenteEquao da Energia para Fluido IdealEquao da Energia na Presena de uma MquinaEquao da Energia para Fluido Real - Estudo da Perda de CargaInstalaes de Recalque - Uma Entrada, Uma SadaInstalaes de Recalque - Vrias Entradas, Vrias SadasCurvas Caractersticas da Bomba e da InstalaoAssociao de Bombas 5. Bibliografia CARVALHO,P.S.G: Esttica dos Fluidos Notas de aulas e exerccios. So Paulo: Editora Catlise, 1 Edio. FOX, Robert W. & MACDONALD, Alan T. Introduo Mecnica dos Fluidos, LTC, 2006. MUNSON, Bruce Roy; YOUNG, Donald F.; OKIISHI, T. H.; Fundamentos da Mecnica dos Fludos. So Paulo: Edgard Blucher, 4 Edio 2004SCHIOZER, D. Mecnica dos Fluidos, LTC, 2006. 6. Definio de Mecnica dos Fluidos A mecnica dos fluidos o ramo da mecnica que estuda o comportamento fsico dos fluidos e suas propriedades. Os aspectos tericos e prticos da mecnica dos fluidos so de fundamental importncia para a soluo de diversos problemas encontrados habitualmente na engenharia, sendo suas principais aplicaes destinadas ao estudo de escoamentos de lquidos e gases, mquinas hidrulicas, aplicaes de pneumtica e hidrulica industrial, sistemas de ventilao e ar condicionado alm de diversas aplicaes na rea de aerodinmica voltada para a indstria aeroespacial. O estudo da mecnica dos fluidos dividido basicamente em dois ramos, a esttica dos fluidos e a dinmica dos fluidos. A esttica dos fluidos trata das propriedades e leis fsicas que regem o comportamento dos fluidos livre da ao de foras externas, ou seja, nesta situao o fluido se encontra em repouso ou ento com deslocamento em velocidade constante, j a dinmica dos fluidos responsvel pelo estudo e comportamento dos fluidos em regime de movimento acelerado no qual se faz presente a ao de foras externas responsveis pelo transporte de massa. 7. Definio de Mecnica dosFluidos Dessa forma, pode-se perceber que o estudo da mecnica dos fluidos est relacionado a muitos processos industriais presentesna engenharia e sua compreenso representa um dos pontos fundamentais para a soluo de problemas geralmente encontrados nos processos industriais. 8. Definio de Fluido Um fluido caracterizado como uma substncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tenso de cisalhamento, no importando o quo pequena possa ser essa tenso. Os fluidos incluem os lquidos, os gases, os plasmas e, de certa maneira, os slidos plsticos. A principal caracterstica dos fluidos est relacionada a propriedade de no resistir a deformao e CISALHAMENTO SIMPLES apresentam a capacidade de fluir, ou seja, possuem a habilidade de tomar a forma de seus recipientes. Esta propriedade proveniente da sua incapacidade de suportar uma tenso de cisalhamento em equilbrio esttico. 9. Diviso dos Fluidos Os fluidos tambm so divididos em lquidos e gases, os lquidos formam uma superfcie livre, isto , quando em repouso apresentam uma superfcie estacionria no determinada pelo recipiente que contm o lquido. Os gases apresentam a propriedade de se expandirem livremente quando no confinados (ou contidos) por um recipiente, no formando portanto uma superfcie livre.A superfcie livre caracterstica dos lquidos uma propriedade da presena de tenso interna e atrao/repulso entre as molculas do fluido, bem como da relao entre as tenses internas do lquido com o fluido ou slido que o limita. Um fluido que apresenta resistncia reduo de volume prprio denominado fluido incompressvel, enquanto o fluido que responde com uma reduo de seu volume prprio ao ser submetido a ao de uma fora denominado fluido compressvel. 10. Unidades de MedidaSistema Internacional de Unidades (SI).Existe mais de uma unidade para a mesma grandeza,por exemplo, 1metro o mesmo que 100 centmetros ou0,001 quilmetro. Em alguns pases mais comum autilizao de graus Fahrenheit (F) ao invs de grausCelsius (C) como no Brasil. Isso porque, como noexistia um padro para as unidades, cada pesquisadorou profissional utilizava o padro que consideravamelhor.O Sistema Internacional de Unidades (SI) um conjuntode definies, ou sistema de unidades, que tem comoobjetivo uniformizar as medies. Na 14 CGPM(Conferncia geral de Pesos e Medidas) foi acordadoque no Sistema Internacional teramos apenas umaunidade para cada grandeza. No Sistema Internacionalde Unidades (SI) existem sete unidades bsicas quepodem ser utilizadas para derivar todas as outras. 11. Unidades Bsicas do SistemaInternacional (SI) 12. Resumo das Unidades BsicasUnidade de comprimento - O metro o comprimento do trajeto percorrido pelaluz no vcuo, durante um intervalo de 1 / 299 792 458 do segundo. Unidade de massa - O quilograma a unidade de massa; igual massa doprottipo internacional do quilograma. Unidade de tempo - O segundo a durao de 9 192 631 770 perodos daradiao correspondente transio entre os dois nveis hiperfinos do estadofundamental do tomo de csio 133. Unidade de intensidade de corrente eltrica - O ampere a intensidade de umacorrente constante que, mantida em dois condutores paralelos, retilneos, decomprimento infinito, de seo circular desprezvel e colocados distncia de 1metro um do outro no vcuo, produziria entre estes condutores uma fora igual a2 x 10-7 newton por metro de comprimento. Unidade de temperatura termodinmica - O kelvin, unidade de temperaturatermodinmica, a frao 1/273,16 da temperatura termodinmica do pontotriplo da gua.Unidade de quantidade de matria O mole a quantidade de matria de umsistema contendo tantas entidades elementares quantos os tomos que existemem 0,012 quilograma de carbono 12. Quando se utiliza o mole, as entidadeselementares devem ser especificadas e podem ser tomos, molculas, ons,eltrons, outras partculas ou agrupamentos especificados de tais partculas. Unidade de intensidade luminosa - A candela slido ou esteroradianoRepresentao de um ngulo a intensidade luminosa, numadada direo, de uma fonte que emite uma radiao monocromtica defreqncia 540x1012 hertz e cuja intensidade energtica nessa direo 1 / 683watt por esterorradiano. 13. Unidades Suplementares (ngulos) Unidade de ngulo plano - O radiano (rad) o ngulo plano compreendido entre dois raios de um crculo que, sobre a circunferncia deste crculo, interceptam um arco cujo comprimento igual ao do raio. Unidade de ngulo slido - O esterorradiano (sr) o ngulo slido que, tendo seu vrtice no centro de uma esfera, intercepta sobre a superfcie desta esfera um rea igual a de um quadrado que tem por lado o raio da esfera. 14. Unidades Derivadas do (SI) As unidades derivadas do SI so definidas de forma que sejam coerentes com as unidades bsicas e suplementares, ou seja, so definidas por expresses algbricas sob a forma de produtos de potncias das unidades bsicas do SI e/ou suplementares, com um fator numrico igual a 1. Vrias unidades derivadas no SI so expressas diretamente a partir das unidades bsicas e suplementares,enquantoqueoutras recebemuma denominaoespecial (Nome) e um smbolo particular. 15. Tabela de Unidades Derivadas 16. Unidades Derivadas comNomes e Smbolos Especiais 17. Prefixos no SistemaInternacional 18. Tabela de Converso deUnidades 19. Tabela de Converso deUnidades 20. Tabela de Converso deUnidades 21. Tabela de Converso deUnidades 22. Mecnicados FluidosAula 2 Propriedades dosFluidos 23. Tpicos Abordados NestaAula Propriedades dos Fluidos. Massa Especfica. Peso Especfico. Peso Especfico Relativo. 24. Propriedades dos FluidosAula Algumas propriedades so fundamentais para a anlise de um fluido e representam a base para o estudo da mecnica dos fluidos, essas propriedades so especficas para cada tipo de substncia avaliada e so muito importantes para uma correta avaliao dos problemas comumente encontrados na indstria. Dentre essas propriedades podem-se citar: a massa especfica, o peso especfico e o peso especfico relativo. 25. Massa EspecficaRepresenta a relao entre a massa de uma determinada substnciae o volume ocupado por ela. A massa especfica pode serquantificada atravs da aplicao da equao a seguir.onde, a massa especfica, m representa a massa da substncia e V o volume por ela ocupado. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a massa quantificadaem kg e o volume em m, assim, a unidade de massa especfica kg/m. 26. Peso Especfico a relao entre o peso de um fluido e volume ocupado,seu valor pode ser obtido pela aplicao da equao aseguir.Como o peso definido pelo princpio fundamental dadinmica (2 Lei deNewton) por, a equao pode serreescrita do seguinte modo: 27. Peso Especfico A partir da anlise das equaes possvel verificar que existe uma relaoentre a massa especfica de um fluido e o seu peso especfico, e assim, pode-se escrever que: onde, o peso especfico do fluido, W o peso do fluido e g representa aacelerao da gravidade, em unidades do (SI), o peso dado em N, a acelerao da gravidade em m/s e o peso especfico em N/m. 28. Peso Especfico Relativo Representa a relao entre o peso especfico do fluido em estudo e opeso especfico da gua.Em condies de atmosfera padro o peso especfico da gua 10000N/m, e como o peso especfico relativo a relao entre dois pesos especficos, o mesmo um nmero adimensional, ou seja nocontempla u

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