Aula1-Mec¢nica dos fluidos

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  • 1. Mecnica dos Fluidos Aula 1 Definio de Mecnica dos Fluidos, Sistema de Unidades Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

2. Tpicos Abordados Nesta Aula Apresentao do Curso e da Bibliografia. Definio de Mecnica dos Fluidos. Conceitos Fundamentais. Sistema de Unidades. Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues Mecnica dos Fluidos 3. Contedo do Curso Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues Definio de Mecnica dos Fluidos, Conceitos Fundamentais e Sistema Internacional de Unidades Propriedades dos Fluidos, Massa Especfica, Peso Especfico e Peso Especfico Relativo Esttica dos Fluidos, Definio de Presso Esttica Teorema de Stevin e Princpio de Pascal Manmetros e Manometria Flutuao e Empuxo Cinemtica dos Fluidos, Definio de Vazo Volumtrica, Vazo em Massa e Vazo em Peso Escoamento Laminar e Turbulento, Clculo do Nmero de Reynolds Equao da Continuidade para Regime Permanente Equao da Energia para Fluido Ideal Equao da Energia na Presena de uma Mquina Equao da Energia para Fluido Real - Estudo da Perda de Carga Instalaes de Recalque - Uma Entrada, Uma Sada Instalaes de Recalque - Vrias Entradas, Vrias Sadas Curvas Caractersticas da Bomba e da Instalao Associao de Bombas Mecnica dos Fluidos 4. Bibliografia Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues BRUNETTI, Franco. Mecnica dos fluidos. So Paulo: Pearson, 2005. 410 p. WHITE, Frank M. Mecnica dos fluidos. 4. ed. Rio de janeiro: McGraw-Hill, c1999. 570 p. POTTER, Merle C.; WIGGERT, D. C.; HONDZO, Midhat. Mecnica dos fluidos. So Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2004. 688 p. FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan T. Introduo mecnica dos fluidos. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Tcnicos e Cientficos, c1998. 662 p. Mecnica dos Fluidos 5. Definio de Mecnica dos Fluidos Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues 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. 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. Mecnica dos Fluidos 6. Definio de Fluido Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues 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 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. Os fluidos podem ser classificados como: Fluido Newtoniano ou Fluido No Newtoniano. Esta classificao est associada caracterizao da tenso, como linear ou no-linear no que diz respeito dependncia desta tenso com relao deformao e sua derivada. Mecnica dos Fluidos 7. Diviso dos Fluidos Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues 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. Mecnica dos Fluidos 8. Unidades de Medida Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues Antes de iniciar o estudo de qualquer disciplina tcnica, importante entender alguns conceitos bsicos e fundamentais. Percebe-se que muitos alunos acabam no avanando nos estudos, e por isso no aprendem direito a disciplina em estudo, por no terem contato com estes conceitos. Nesta primeira aula sero estudadas as unidades e a importncia do Sistema Internacional de Unidades (SI). No nosso dia-a-dia expressamos quantidades ou grandezas em termos de outras unidades que nos servem de padro. Um bom exemplo quando vamos padaria e compramos 2 litros de leite ou 400g de queijo. Na Fsica de extrema importncia a utilizao correta das unidades de medida. Existe mais de uma unidade para a mesma grandeza, por exemplo, 1metro o mesmo que 100 centmetros ou 0,001 quilmetro. Em alguns pases mais comum a utilizao de graus Fahrenheit (F) ao invs de graus Celsius (C) como no Brasil. Isso porque, como no existia um padro para as unidades, cada pesquisador ou profissional utilizava o padro que considerava melhor. Mecnica dos Fluidos 9. Sistema Internacional de Unidades Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues Como diferentes pesquisadores utilizavam unidades de medida diferentes, existia um grande problema nas comunicaes internacionais. Como poderia haver um acordo quando no se falava a mesma lngua? Para resolver este problema, a Conferncia Geral de Pesos e Medidas (CGPM) criou o Sistema Internacional de Unidades (SI). O Sistema Internacional de Unidades (SI) um conjunto de definies, ou sistema de unidades, que tem como objetivo uniformizar as medies. Na 14 CGPM foi acordado que no Sistema Internacional teramos apenas uma unidade para cada grandeza. No Sistema Internacional de Unidades (SI) existem sete unidades bsicas que podem ser utilizadas para derivar todas as outras. Mecnica dos Fluidos 10. Unidades Bsicas do Sistema Internacional (SI) Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues cdcandelaIntensidade luminosa molmoleQuantidade de substncia KkelvinTemperatura termodinmica AampreIntensidade de corrente eltrica ssegundoTempo kgquilogramaMassa mmetroComprimento SmboloNomeGrandeza Mecnica dos Fluidos 11. Resumo das Unidades Bsicas Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues Unidade de comprimento - O metro o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vcuo, durante um intervalo de 1 / 299 792 458 do segundo. Unidade de massa - O quilograma a unidade de massa; igual massa do prottipo internacional do quilograma. Unidade de tempo - O segundo a durao de 9 192 631 770 perodos da radiao correspondente transio entre os dois nveis hiperfinos do estado fundamental do tomo de csio 133. Unidade de intensidade de corrente eltrica - O ampere a intensidade de uma corrente constante que, mantida em dois condutores paralelos, retilneos, de comprimento infinito, de seo circular desprezvel e colocados distncia de 1 metro um do outro no vcuo, produziria entre estes condutores uma fora igual a 2 x 10-7 newton por metro de comprimento. Unidade de temperatura termodinmica - O kelvin, unidade de temperatura termodinmica, a frao 1/273,16 da temperatura termodinmica do ponto triplo da gua. Unidade de quantidade de matria - O mole a quantidade de matria de um sistema contendo tantas entidades elementares quantos os tomos que existem em 0,012 quilograma de carbono 12. Quando se utiliza o mole, as entidades elementares devem ser especificadas e podem ser tomos, molculas, ons, eltrons, outras partculas ou agrupamentos especificados de tais partculas. Unidade de intensidade luminosa - A candela a intensidade luminosa, numa dada direo, de uma fonte que emite uma radiao monocromtica de freqncia 540x1012 hertz e cuja intensidade energtica nessa direo 1 / 683 watt por esterorradiano. Mecnica dos Fluidos 12. 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. Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues m2.m-2 = 1sresterorradianongulo slido m.m-1 = 1radradianongulo plano Unidades do SISmboloNomeGrandeza Mecnica dos Fluidos 13. Unidades Derivadas do (SI) Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues 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, enquanto que outra