Bruna Freitas S. Libnio - 154150068

Gabriel da Veiga Arajo - 144150013

Rafael Dutra Caldeira - 154500024

2

FIGURA 01 - http://www.geraldojose.com.br/index.php?pagina=600

O que acontece quando um engenheiro civil no sabe mecnica de fluidos???

3

Resumo

Este trabalho tem por objetivo introduzir alguns conceitos bsico da mecnica de

fluidos, justificando a importncia deste estudo para a criao de projetos na construo

civil. Dentre os estudos de caso respaldados no escopo deste trabalho encontra-se a

construo da Torre de Shanghai e a construo do Burj Khalifa, duas das maiores

construes do mundo. Neste trabalho ainda encontra-se um enquete que confronta os

alunos a respeito da importncia da mecnica de fluidos na vida de um engenheiro civil e

ainda uma entrevista com o professor Doutor Maurcio Reis e Silva Jnior que mostra a

importncia de se estudar o escoamento dos fluidos frente ao desafio da criao de um

projeto de construo civil bem sucedido.

4

Introduo

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.

5

Dessa forma, pode-se perceber que o estudo da mecnica dos fluidos est

relacionado a muitos processos industriais presentes na engenharia e sua

compreenso representa um dos pontos fundamentais para a soluo de problemas

geralmente encontrados nos processos industriais.

Fluido: uma substncia que no tem forma prpria, e que, se estiver em repouso,

no resiste a tenses de cisalhamento se classificam em lquidos ou gases.

FIGURA 02 - Tipos de Fluidos

6

Por que estudar mecnica de 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. O projeto de todos os meios de transporte requer a aplicao dos princpios de

Mecnica dos Fluidos.

Exemplos:

Ao de fluidos sobre superfcies submersas. Ex.: barragens.

Equilbrio de corpos flutuantes. Ex.: embarcaes.

Ao do vento sobre construes civis.

Estudos de lubrificao.

Transporte de slidos por via pneumtica ou hidrulica. Ex.: elevadores hidrulicos.

Clculo de instalaes hidrulicas. Ex.: instalao de recalque.

Clculo de mquinas hidrulicas. Ex.: bombas e turbinas.

Instalaes de vapor. Ex.: caldeiras.

Ao de fluidos sobre veculos (Aerodinmica).

.

7

A importncia da mecnica de fluidos para a

engenharia

A mecnica dos fluidos est presente no cotidiano, tanto de engenheiros,

como da sociedade. Vrios setores exigem o seu estudo, que de fundamental

importncia para um perfeito funcionamento de estruturas que podero vir a ser

construdas. Nas engenharias automobilstica, naval, ambiental, militar e aeroespacial,

o conhecimento sobre mecnica dos fluidos imprescindvel e na prtica, pode-se

observar a sua aplicao em reas de estudo como o efeito dos ventos em estruturas,

estudo de canais e seus fluxos de guas, na aerodinmica de aeronaves e tambm no

estudo da hidrulica e hidrologia de obras pode servir como base.

8

FIGURA 03 - Ao do fluido (ar) sobre uma aeronave. A figura mostra como

de fundamental importncia o estudo da aerodinmica do avio visando diminuir

a resistncia do ar sobre ele, economizando e otimizando tempo e combustvel.

FIGURA 04 Turbinas elicas da Google a noroeste da costa dos Estados Unidos. A

figura mostra mais uma importante aplicao da mecnica dos fluidos em mbito

ecolgico.

9

Na engenharia civil, existe um vasto campo de aplicao da mecnica dos

fluidos. Dentre eles podemos citar projeo de canais de drenagem e irrigao,

bombeamento e distribuio de gua, anlise e projeo de redes de distribuio de

fluidos, como na distribuio de combustvel para motores de exploso, tubulaes de

destruio de gua e ventilao de um prdio, assim como o estudo dos ventos para

evitar patologias e danos futuros obra. H tambm aplicaes mais clssicas como no

uso de prensas hidrulicas para levantamento de grandes massas com aplicao de

pequenas foras, o princpio de Arquimedes muito utilizado na construo de

embarcaes e alguns tipos de plataformas petrolferas.

Definida a importncia da mecnica dos fluidos para o engenheiro civil, podemos nos

perguntar:

0 que acontece quando o engenheiro civil no sabe mecnica de fluidos?

10

Muitos acidentes e patologias na engenharia civil poderiam ser evitados se

houvesse o devido estudo da mecnica de fluidos no local. Quando esse estudo no

feito, uma srie de contrapontos podem acontecer, podendo levar a propores

desagradveis, dessa forma, o estudo de fluidos crucial em uma obra, pois caso

contrario a construo ficar sujeita a todos os tipos de patologias ocasionadas pelos

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 que 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.

11

FIGURA 05 Ponte de Tacoma Narrows destruda pelos fortes ventos conjuntamente ao fenmeno de ressonncia

12

Nos ltimos quinze

anos o mundo viveu

uma corrida pela

construo de prdios

cada vez mais altos,

obras com grandes

dimenses jamais

poderiam ser

construdas caso no

se levasse em

considerao a

influncia dos fluidos,

um exemplo a

Shanghai Tower.

FIGURA 06 - Shanghai Tower

13

Ao lado do centro financeiro de Shanghai. A Shanghai Tower possui

580.000 metros quadrados, compondo uma das maiores obras de engenharia da

humanidade. A construo foi desenvolvida para abrigar inmeras atividades, entre

elas, incontveis escritrios, shoppings e at 121 pisos. Devido a sua colossal altura, a

fora dos ventos em altas altitudes, um dos fatores que mais deve ser estudado na

hora do planejamento do designe da torre.

Para a execuo do projeto, foram realizados uma srie de testes em tnel

de vento, a fim de investigar a influencia que o nmero de Reynolds teria sobre o

modelo, para assim ajustar um designe que uniria beleza funcionalidade.

Devido a seu tamanho e rigidez relativamente baixa, prdios muito altos so

suscetveis a formao de vortex pelo escoamento do vento, induzindo assim vibraes

ao longo da torre.

14

Dessa forma, a gerao de Vortex e o escoamento turbulento do ar

constituem uma das principais adversidades mecnicas na construo de um edifcio

to alto quanto a Shanghai Tower, extremamente importante que o designe da torre

seja governado pelos princpios de escoamento de ar da mecnica dos fluidos, de

forma que a modelagem e otimizao das estruturas podem levar a uma diminuio

de impacto causada pela fora do vento.

FIGURA 07 Vortex gerado por uma seo da torre de Shanghai

15

Outro exemplo de edificao

que saiu do papel para se tornar

real foi a Burj Khalifa o maior

edifcio do mundo com 828

metros de altura.

Para construir um prdio dessas

propores, preciso calcular

cada detalhe: o formato do

edifcio para que ele absorva o

impacto do vento, os materiais

usados, as sadas de

emergncia, o tipo de

tecnologia empregado para

combater eventos de acordo

com a geografia do lugar.

FIGURA 08 - https://pt.wikipedia.org/wiki/Burj_Khalifa

16

Para uma construo normal, a maior parte dos acontecimentos do dia a dia no chega

a afetar a estrutura do prdio ou da casa. Porm em um edifcio de propores to grandes quanto

as do Burj Khalifa , por exemplo, existem perigos extras que precisam ser levados em conta,

como o vento.

FIGURA 09 - http://noticias.r7.com/cidades/noticias/erro-de-calculo-sobre-efeito-do-vento-

provocou-desabamento-de-predio-em-belem-20110314.html

Sem a resistncia dos prdios

ao redor, a parte de cima de

um grande edifcio sofre

com ventos muito mais

fortes. Alm disso, por no

ter um ponto de apoio fixo

no topo, ele pode balanar

vrios metros para os lados

ou, em casos extremos,

quebrar e simplesmente cair

no meio da cidade.

17

Um dos principais desafios na construo do Burj Khalifa era como

neutralizar a ao do vento na rea mais elevada da torre. Em Dubai, a quase 1

quilmetro de altura, ele pode chegar a 150 quilmetros por hora o equivalente a um

furaco de nvel 1.

Dessa forma, os engenheiros responsveis precisaram arranjar solues de

vrios tipos para lidar com o vento, por exemplo, o formato dos andares, com trs

pontas para os lados e uma base mais larga torna a estrutura mais aerodinmica ,

mantendo o prdio firme. O princpio semelhante ao de um trip. Por mais que o

vento incida sobre uma das faces do prdio, as outras duas lhe do sustentao.

18 FIGURA 10 - http://www.tecmundo.com.br/engenharia/51950-megaestruturas-inteligentes-a-engenharia-dos-novos-arranha-ceus.htm

19

Entrevista

Para complementar o trabalho, achamos crucial conhecer a viso dos

profissionais relacionados ao assunto, dessa forma entrevistamos o professor Doutor

Maurcio Reis e Silva Jnior, que discutiu sobre a importncia da mecnica de fluidos.

A entrevista foi realizada em outubro de 2015 e ser apresentada conforme link:

https://www.youtube.com/watch?v=1NdMoDRPkjU

20

Enquete

Aps as entrevistas realizadas, fomos atrs dos alunos que graduam engenharia civil

com o intuito de conhecer o panorama dos futuros engenheiros sobre o que pensam da

disciplina mecnica de fluidos, para isso realizamos uma pesquisa online pelo endereo de e-

mail https://www.survio.com/survey/d/F1B3A7S7U6H4A4C7 , obtivemos respostas de

diversos alunos que cursam entre o 3 e o 8 perodo de diferentes universidades como

Universidade Federal de So Joo Del Rei, Universidade Federal de Ouro Preto, Universidade

Federal de Minas Gerais , Universidade Estadual de Minas Gerais, Universidade Federal do

Piau, dentre outras.

A pesquisa continha o seguinte escopo.

21

22

23

Os resultados seguem abaixo separados conforme cada pergunta.

24

J estagiou ou exerceu alguma atividade na rea

da engenharia civil?

25

Como descreveria o seu conhecimento na

disciplina mecnica de fluidos?

26

Como classificaria o nvel de importncia da

disciplina mecnica de fluidos ?

27

Concluso

Em sumo, o objetivo deste trabalho era convencer e ao mesmo tempo

ensinar alguns conceitos bsicos da mecnica de fluidos. Ao longo do desenvolvimento

do trabalho foi apresentado aos alunos os desafios de, em um primeiro momento

aprender mais sobre o escoamento do ar, e em um segundo momento, reproduzir os

conhecimentos aprendidos exemplificando com os estudos de caso. Ao final deste

trabalho, aps um breve estudo e divulgao de resultados, os componentes do grupo

acreditam que os objetivos principais do trabalho foram atendidos com sucesso. Alm

disso, vrias curiosidades foram apresentadas e at uma entrevista fora divulgada,

ferramentas que podem e vo enriquecer ainda mais o aprendizado dos futuros

engenheiros.

28

Referncias Bibliogrficas

http://cursos.unisanta.br/mecanica/ciclo4/Mecanica_dos_Fluidos.pdf

http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/engenheiro_do_petroleo/mecanica_fl

uidos.pdf

http://www.engbrasil.eng.br/pp/mf/mef.pdf

http://www.tecmundo.com.br/engenharia/51950-megaestruturas-inteligentes-a-

engenharia-dos-novos-arranha-ceus.htm

http://veja.abril.com.br/noticia/mundo/burj-khalifa-predio-quase-1-km-altura/

WELTNER, Klaus; INGELMAN-SUNDBERG, Martin; ESPERIDIAO, Antnio

Sergio and MIRANDA, Paulo. A dinmica dos fluidos complementada e a

sustentao da asa. Rev. Bras. Ensino Fs. [online]. 2001, vol.23, n.4, pp. 429-443.

ISSN 1806-9126.

29

ZHAOA, X. et al. Structural Design of Shanghai Tower for Wind Loads. Procedia

Engineering, [s.l.], v. 14, p.1759-1767, 2011. Elsevier BV. DOI:

10.1016/j.proeng.2011.07.221. Disponvel em:

. Acesso em: 24 out. 2015

FREIRE, Atila Pantaleo Silva. Teoria de Camada Limite. Rio de Janeiro:

Universidade Federal do Rio de Janeiro, 1190.