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* Disciplina: Mecânica dos Fluidos Escola de Engenharia de Lorena EEL – USP Profa. Dra. Daniela Helena Pelegrine Guimarães (email: dhguima@uol.com.br) CONCEITOS E PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DOS FLUIDOS; ESTÁTICA DOS FLUIDOS; CONCEITOS LIGADOS AO ESCOAMENTO DOS FLUIDOS; ESCOAMENTO INCOMPRESSÍVEL DE FLUIDOS NÃO VISCOSOS; ESCOAMENTO VISCOSO INCOMPRESSÍVEL. * PRINCIPAIS PROPRIEDADES DE UM FLUIDO; LEI DE NEWTON DA VISCOSIDADE; FLUIDOS NEWTONIANOS E NÃO NEWTONIANOS; FLUIDOS COMPRESSÍVEIS E INCOMPRESSÍVEIS; MODELOS REOLÓGICOS; MEDIDAS REOLÓGICAS. HIPÓTESE DO CONTÍNUO; 1. CONCEITOS E PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DOS FLUIDOS: DEFINIÇÃO DE FLUIDO; * I. FLUIDO: SÓLIDOS: SUPORTAM TENSÕES DE CISALHAMENTO ELEVADAS SEM MUDAREM DE FORMA, DESDE QUE O SEU LIMITE ELÁSTICO NÃO SEJA EXCEDIDO. * LÍQUIDOS E GASES (FLUIDOS): SE DEFORMAM CONTINUAMENTE QUANDO SUBMETIDO À AÇÃO DE UMA TENSÃO DE CISALHAMENTO. OU SEJA, ELES ESCOAM. FLUIDOS LÍQUIDOS X FLUIDOS GASOSOS - FORÇAS COESIVAS - NÃO OCUPA VOLUME DEFINIDO - FORÇAS COESIVAS - OCUPA VOLUME DEFINIDO - ASSUME FORMA DO RECIPIENTE * FLUIDOS LÍQUIDOS X FLUIDOS GASOSOS SUPERFÍCIE LIVRE NO CAMPO GRAVITACIONAL, GRAVIDADE ATMOSFERA HIDROSTÁTICA EM UM MEIO CONTÍNUO, CADA PROPRIEDADE DO FLUIDO É CONSIDERADA COMO TENDO UM VALOR DEFINIDO EM CADA PONTO DO ESPAÇO. DESTA FORMA AS PROPRIEDADES DOS FLUIDOS (TEMPERATURA, VELOCIDADE, MASSA ESPECÍFICA,,...) SÃO CONSIDERADAS FUNÇÕES CONTÍNUAS DO ESPAÇO E DO TEMPO, OU SEJA, VARIAM CONTINUAMENTE DE UM PONTO A OUTRO. II. HIPÓTESE DO CONTÍNUO: OS FLUIDOS PODEM GERALMENTE SER TRATADOS COMO MEIOS CONTÍNUOS, OU SEJA, NÃO EXISTEM VAZIOS NO SEU INTERIOR; * MASSA ESPECÍFICA (); VISCOSIDADE DINÂMICA (); VISCOSIDADE CINEMÁTICA (). III. PROPRIEDADES DE UM FLUIDO: PESO ESPECÍFICO (); * INDICA COMO A MATÉRIA ESTÁ COMPOSTA NUM CORPO (MATERIAIS COM ARRANJOS MOLECULARES MAIS COMPACTOS SÃO MAIS DENSOS); III.1 MASSA ESPECÍFICA () FLUIDOS LÍQUIDOS: PRATICAMENTE INDEPENDE DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA E DA TEMPERATURA. PARA FLUIDOS GASOSOS: (1) AFETA DIRETAMENTE OUTRAS PROPRIEDADES FÍSICAS DOS FLUIDOS, TAIS COMO A DIFUSIVIDADE TÉRMICA; * EXEMPLOS: ÁGUA,0•C = 999,8 Kg/m3 ÁGUA,100•C = 958,4 Kg/m3 AR SECO,0•C = 1,293 Kg/m3 AR SECO,100•C = 0,9458 Kg/m3 EQUAÇÃO DIMENSIONAL (POSSIBILITA A DEFINIÇÃO QUALITATIVA) DA MASSA ESPECÍFICA: * 9 A MASSA ESPECÍFICA DE UMA SUBSTÂNCIA TAMBÉM PODE SER EXPRESSA NA FORMA ADIMENSIONAL, COMO DENSIDADE RELATIVA: DENSIDADE RELATIVA PARA LÍQUIDOS: DENSIDADE RELATIVA PARA GASES: IMPORTANTE: FLUIDOS NOS QUAIS A VARIAÇÃO NA MASSA ESPECÍFICA SEJA DESPREZÍVEL DENOMINAM-SE FLUIDOS INCOMPRESSÍVEIS. * III.2 PESO ESPECÍFICO (): EQUAÇÃO DIMENSIONAL DO PESO ESPECÍFICO: (2) O PESO ESPECÍFICO DE UMA SUBSTÂNCIA TAMBÉM PODE SER EXPRESSO NA FORMA ADIMENSIONAL: * III.3 VISCOSIDADE DINÂMICA (): (3) * III.4 VISCOSIDADE CINEMÁTICA (): EQUAÇÃO DIMENSIONAL DA VISCOSIDADE CINEMÁTICA: QUANDO, EM UM FLUIDO, OS EFEITOS DA VISCOSIDADE NÃO INFLUENCIAM SIGNIFICATIVAMENTE O ESCOAMENTO, PODEMOS DIZER QUE TRATA-SE DE UM FLUIDO IDEAL, OU NÃO VISCOSO, OU INVÍSCIDO. * OS FLUIDOS VISCOSOS PODEM SER CLASSIFICADOS EM DOIS GRANDES GRUPOS: FLUIDOS NEWTONIANOS E FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS. * COMPORTAM-SE DE ACORDO COM A EQUAÇÃO (3). IV. FLUIDOS NEWTONIANOS: * * VARIÁVEIS QUE AFETAM A VISCOSIDADE: 5) TEMPO DE APLICAÇÃO DO CISALHAMENTO: A DURAÇÃO DO CISALHAMENTO EM CERTAS SUBSTÂNCIAS PODE AUMENTAR OU DIMINUIR A SUA VISCOSIDADE. 2) TEMPERATURA: NATUREZA FÍSICO-QUÍMICA DA SUBSTÂNCIA; 3) PRESSÃO: PARA PRESSÕES PRÓXIMAS À ATMOSFÉRICA, A VARIAÇÃO DA VISCOSIDADE COM A PRESSÃO PODE SER CONSIDERADA DESPREZÍVEL PARA FLUIDOS LÍQUIDOS. NO CASO DOS FLUIDOS GASOSOS, DEVEMOS CONSIDERAR A VARIAÇÃO DA VISCOSIDADE DINÂMICA COM A PRESSÃO; 4) TENSÃO DE CISALHAMENTO: INFLUENCIA NA VISCOSIDADE DE UMA VARIEDADE DE LÍQUIDOS, ONDE UM AUMENTO NA TENSÃO PODE RESULTAR EM UM AUMENTO OU DIMINUIÇÃO DA VISCOSIDADE DINÂMICA DE UM FLUIDO; * NÃO OBEDECEM AO POSTULADO DE NEWTON; V. FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS: DEPENDENTES DO TEMPO: VISCOSIDADE VARIA COM A TAXA DE DEFORMAÇÃO (OU TENSÃO DE CISALHAMENTO), TEMPERATURA E COMPOSIÇÃO: EXEMPLOS: SUSPENSÕES DE SÓLIDOS, POLÍMEROS, DISPERSÕES. PODEM SER DEPENDENTES OU INDEPENDENTES DO TEMPO: INDEPENDENTES DO TEMPO: * FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS INDEPENDENTES DO TEMPO: - PSEUDOPLÁSTICOS: DISPERSÕES DE MOLÉCULAS OU PARTÍCULAS ASSIMÉTRICAS QUE, QUANDO SUBMETIDAS A UMA FORÇA DE CISALHAMENTO, TENDEM A ORIENTAR-SE NA DIREÇÃO DO FLUXO. PARTÍCULAS DISPERSAS COM DIMENSÕES ENTRE 10-6 E 10-4 cm. - PSEUDOPLÁSTICOS: - DILATANTES: * LÍQUIDO EM REPOUSO: LÍQUIDO ESCOANDO: ( VISCOSIDADE) ( VISCOSIDADE) * - DILATANTES: SUSPENSÕES DE PARTÍCULAS QUE QUANDO SUBMETIDAS A GRANDES FORÇAS DE CISALHAMENTO AUMENTAM DE VOLUME. PARTÍCULAS DISPERSAS COM DIMENSÕES ACIMA DE 10-4 cm. * - FLUIDOS QUE APRESENTAM 0: ESTRUTURA CAPAZ DE IMPEDIR O MOVIMENTO PARA . EXEMPLOS: GRAXAS, PASTA DE DENTE. * FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS DEPENDENTES DO TEMPO: - FLUIDOS TIXOTRÓPICOS: DECRÉSCIMO NA VISCOSIDADE APARENTE CONFORME A DURAÇÃO DA TENSÃO. EXEMPLO: VIDRO, DIVERSOS TIPOS DE TINTAS. - FLUIDOS REOPÉCTICOS: APRESENTAM COMPORTAMENTO INVERSO DOS TIXOTRÓPICOS. EXEMPLO: SUSPENSÃO DE GESSO, LUBRIFICANTES. * * VI. FLUIDOS COMPRESSÍVEIS: - EQUAÇÕES DE ESTADO: - SUPONDO GÁS PERFEITO: QUANDO O FLUIDO NÃO PODE SER CONSIDERADO INCOMPRESÍVEL E AO MESMO TEMPO HOUVER EFEITOS TÉRMICOS: - PARA MUDANÇA DE ESTADO DE UM GÁS: * - PARA UM PROCESSO ISOTÉRMICO: - PARA UM PROCESSO ISOBÁRICO: - PARA UM PROCESSO ISOCÓRICO: - PARA UM PROCESSO ADIABÁTICO: Kar=1,4. * VII. MODELOS REOLÓGICOS: RELACIONAM TAXA DE DEFORMAÇÃO COM TENSÃO DE CISALHAMENTO, PERMITINDO A DESCRIÇÃO DO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DE UM FLUIDO; MAIS COMUNS: - OSTWALD-DE-WAELLE (LEI DA POTÊNCIA); HERSCEL-BULKLEY (H-B); MIZRAHI & BERK (M-B); - CASSON. MODELOS REOLÓGICOS COM 0 * MODELO DE OSTWALD-DE-WAELLE (LEI DA POTÊNCIA): * MODELO DE CASSON: Usado para interpretar o comportamento de fluidos Plásticos de Bingham; * MODELO DE MIZRAHI-BERK (M-B): * DETERMINAÇÃO SIMULTÂNEA DA TENSÃO DE CISALHAMENTO E DA TAXA DE DEFORMAÇÃO, NUM MESMO PONTO; VIII.1 SISTEMAS CAPILARES: CÁLCULO DA VAZÃO VOLUMÉTRICA DO FLUIDO A PARTIR DA PERDA DE CARGA IMPOSTA. VIII. MEDIDAS REOLÓGICAS: REALIZADA EM REÔMETROS: * VISCOSÍMETRO CAPILAR CONSTRUÍDO EM LABORATÓRIO: * VIII.2 SISTEMAS ROTACIONAIS: DETERMINAÇÃO DO TORQUE NECESSÁRIO PARA MANTER UMA CERTA VELOCIDADE ANGULAR Torque: - Velocidade Angular: * BIBLIOGRAFIA: - FOX, R.W. Introdução a Mecânica dos Fluidos. Mc Donald, Alan Guanabara Koogan; STREETER, V. WYLE, E.E. Mecânica dos Fluidos. Mc Graw Hill; BRUNETTI, F. Mecânica dos Fluidos. Prentice Hall.
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