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Mecanica dos fluidos (1)

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  1. 1. Mecnica dos Fluidos 1 CURSO DE FORMAO DE OPERADORES DE REFINARIA FSICA APLICADA MECNICA DOS FLUIDOS
  2. 2. 2 Mecnica dos Fluidos
  3. 3. Mecnica dos Fluidos 3 CURITIBA 2002 FSICA APLICADA MECNICA DOS FLUIDOS LUIZ FERNANDO FIATTE CARVALHO EQUIPE PETROBRAS Petrobras / Abastecimento UNS: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC, RECAP, SIX, REVAP
  4. 4. 4 Mecnica dos Fluidos 530 Carvalho, Luiz Fernando Fiatte. C331 Curso de formao de operadores de refinaria: fsica aplicada, mecnica dos fluidos / Luis Fernando Fiatte Carvalho. Curitiba : PETROBRAS : UnicenP, 2002. 34 p. : il. color. ; 30 cm. Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC, RECAP, SIX, REVAP. 1. Fsica. 2. Hidrosttica. 3. Hidrodinmica. I. Ttulo.
  5. 5. Mecnica dos Fluidos 5 Apresentao com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe voc. Para continuarmos buscando excelncia em resultados, diferenciao em servios e competncia tecnolgica, precisamos de voc e de seu perfil empreendedor. Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o Centro Universitrio Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada pela UN-Repar, buscando a construo dos materiais pedaggicos que auxiliaro os Cursos de Formao de Operadores de Refinaria. Estes materiais mdulos didticos, slides de apresentao, planos de aula, gabaritos de atividades procuram integrar os saberes tc- nico-prticos dos operadores com as teorias; desta forma no po- dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um processo contnuo e permanente de aprimoramento, caracterizado pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades da Petrobras. Contamos, portanto, com a sua disposio para buscar outras fontes, colocar questes aos instrutores e turma, enfim, aprofundar seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profisso na Petrobras. Nome: Cidade: Estado: Unidade: Escreva uma frase para acompanh-lo durante todo o mdulo.
  6. 6. 6 Mecnica dos Fluidos Sumrio 1 CONCEITOS DE HIDROSTTICA APLICADOS ....................................................... 7 1.1 Conceito de fluido ..................................................................................................... 7 1.2 Propriedades gerais dos fluidos e diferena entre lquidos e gases ........................... 7 1.2.1 Propriedades gerais dos fluidos ....................................................................... 7 1.2.2 Diferena entre lquidos e gases ...................................................................... 8 1.3 Conceitos de massa especfica, peso especfico e densidade .................................... 9 1.3.1 Massa especfica .............................................................................................. 9 1.3.2 Peso especfico............................................................................................... 10 1.3.3 Densidade relativa.......................................................................................... 10 1.4 Variao da densidade de lquidos com a temperatura ............................................ 11 1.5 Presso nos fluidos .................................................................................................. 12 1.5.1 Conceitos bsicos de presso ......................................................................... 12 1.5.2 Experincia de Torricelli ................................................................................ 13 1.5.3 Variao da presso com relao profundidade .......................................... 13 1.5.4 Medidores de presso..................................................................................... 14 1.6 Princpio dos vasos comunicantes ........................................................................... 15 1.7 Princpio de Pascal (prensas hidrulicas) ................................................................ 16 1.8 Princpio de Arquimedes (empuxo) ........................................................................ 17 1.9 Princpio de funcionamento de densmetros ........................................................... 18 1.9.1 Os densmetros............................................................................................... 18 1.9.2 Mtodo da balana hidrosttica ..................................................................... 18 1.9.3 Vaso de Pisani ................................................................................................ 18 1.9.4 Hidrmetro (densmetro) ............................................................................... 19 2 CONCEITOS DE HIDRODINMICA APLICADOS .................................................. 20 2.1 Introduo................................................................................................................ 20 2.2 Conceitos fundamentais .......................................................................................... 20 2.2.1 O escoamento................................................................................................. 20 2.2.2 Vazo e Dbito em escoamento uniforme...................................................... 21 2.2.3 Equao da continuidade nos escoamentos ................................................... 22 2.2.4 Tipos de medidores de presso ...................................................................... 23 2.2.5 Mtodos de medida e Viscosmetros ............................................................. 24 2.2.6 Viscosmetros ................................................................................................. 25 2.2.7 Princpio de funcionamento do Sifo e efeitos do Golpe de Arete .............. 26 EXERCCIOS ................................................................................................................ 27
  7. 7. Mecnica dos Fluidos 7 1Conceitos de hidrosttica aplicados 1.1 Conceito de fluido Antes de estudarmos fluidos, devemos lembrar que a matria, como a conhecemos, se apresenta em trs diferentes estados fsicos, de acordo com a agregao de partculas: o esta- do slido, o estado lquido e o estado gasoso. O estado slido caracteriza-se por confe- rir a um corpo forma e volume bem definidos. Os lquidos e os gases, ao contrrio dos sli- dos, no possuem forma prpria: assumem, naturalmente, a forma do recipiente que os con- tm.Oslquidostmvolumedefinido, enquanto os gases, por serem expansveis, ocupam todo o volume do recipiente que estejam ocupando. Fluido uma substncia que pode escoar (fluir) e, assim, o termo inclui lquidos e gases, que diferem, notavelmente, em suas compressibilidades; um gs facilmente com- primido, enquanto um lquido , praticamente, incompressvel. A pequena (mnima) variao de volume de um lquido sob presso pode ser omitida nas situaes iniciais desta apostila. Como vimos acima, os lquidos tm volu- me definido, enquanto os gases, por serem expansveis, ocupam todo o volume do reci- piente em que estejam contidos. Estes aspec- tos so importantes, pois em refinarias a apli- cao destes conceitos fundamental no estu- do das caractersticas fsicas e qumicas, de vapores, gasolina, petrleo, GLP e outros de- rivados. Estado Forma Volume Slido Definida Definido Lquido Indefinida Definido Gasoso Indefinida Indefinido Slido Lquido Gasoso Como vimos, a propriedade comum a es- tes dois estados fsicos, de forma indefinida, (lquido e gasoso) escoar ou "fluir", com fa- cilidade, atravs de um condutor ou duto. Es- tudaremos aqui os "fluidos ideais", tambm chamados fluidos perfeitos. Nos fluidos ideais, consideremos que no existe atrito entre as molculas que se deslo- cam quando o fluido escoa, nem atrito entre o fluido e as paredes do condutor. De qualquer maneira, este problema de atrito s ser im- portante no estudo dos fluidos em movimento (hidrodinmica) e, basicamente, no influir sobre os fluidos em equilbrio, cujo estudo (hidrosttica) objeto inicial destes primeiros captulos. Podemos adiantar, entretanto, que a gran- deza que caracteriza o atrito entre as molcu- las de um fluido a viscosidade. Por exem- plo, voc certamente j percebeu a diferena marcante quando despejamos uma lata de leo em um tanque ou no cho e outra igual cheia de gua. Dizemos que o leo mais viscoso que a gua, pois "flui" com maior dificuldade que a gua. 1.2 Propriedades gerais dos fluidos e diferena entre lquidos e gases A Hidrosttica, como j foi citado anterior- mente, trata de estudar os fluidos em equil- brio. Caracterizaremos, agora, algumas das propriedades dos fluidos em equilbrio, dando nfase especial aos lquidos. Mostraremos al- gumas diferenas entre lquidos e gases e dei- xaremos os gases para serem estudados com maior detalhe, posteriormente. 1.2.1 Propriedades gerais dos fluidos As propriedades dos lquidos que mostra- remos a seguir so de fcil verificao experi- mental e as explicaes tericas so baseadas nas leis de Newton.
  8. 8. 8 Mecnica dos Fluidos 1. A superfcie livre de um lquido em equilbrio plana e horizontal. 2. A fora exercida por um lquido sobre uma superfcie qualquer sempre per- pendicular (normal) a essa superfcie. Isto pode ser constatado quando fura- mos um vaso que contm lquidos e observamos que este se projeta (derra- ma, escoa) perpendicularmente pare- de do vaso. 3. A terceira propriedade diz respeito imiscibilidade de lquidos de diferen- tes densidades, quando em equilbrio. o que observamos, por exemplo, entre o leo de cozinha e a gua que, quando colocados em um mesmo re- cipiente, no se misturam, apresen- tando uma superfcie de separao plana e horizontal. O leo, por ser menos denso do que a gua, se so- brepe a ela. 4. Voc j deve ter observado que, ao mer- gulhar em uma piscina ou mesmo no mar, a "presso" aumenta medida em que maior a profundidade que voc alcana. Ou seja, ocorre uma variao de presso, em funo da profundida- de. O estudo desta propriedade, com de- talhes, ser feito posteriormente. Superfcie de separao Observao: Nos captulos futuros, mos- traremos o que vem a ser presso e estabele- ceremos uma relao matemtica para se cal- cular o valor

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