Aula 01 - Mecânica dos Fluidos - Conceitos e Definições

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Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
Prof. Dr. Marcos A. Fontes
Mecânica dos Fluidos 1
Aula 1: Conceitos e Definições
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
BRUNETTI, F. Mecânica dos Fluidos. 2ª Edição revisada, São Paulo: Pearson
Prentice Hall, 2008.
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
CAPÍTULO 1
Introdução, definição e propriedade dos fluidos
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
INTRODUÇÃO
Mecânica dos Fluidos é a ciência que estuda o
comportamento físico dos fluidos, assim como as leis
que regem esse comportamento.
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
INTRODUÇÃO
Os fluidos estão presentes em:
 Tempo e clima;
 Veículos: automóveis, trens, navios, aviões;
 Meio ambiente;
 Fisiologia e Medicina;
 Esportes e recreação.
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
INTRODUÇÃO
 Tempo e clima
Tornados
Tempestades Furacões
Fenômenos 
climáticos
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
INTRODUÇÃO
 Veículos
Aviões
Navios
Submarinos
Trens de alta 
velocidade
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INTRODUÇÃO
Meio ambiente
Poluição atmosférica Hidrologia
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INTRODUÇÃO
 Fisiologia e Medicina
Bombeamento de sangue
Equipamentos de 
assistência ventricular
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
INTRODUÇÃO
 Esporte e recreação
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
As bases são fundamentais para muitos ramos de
aplicação da engenharia, tais como:
 Escoamento de fluidos em canais e dutos;
 Lubrificação;
 Máquinas hidráulicas;
 Ventilação;
 Aerodinâmica.
INTRODUÇÃO
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DEFINIÇÃO DE FLUIDO
 Fluido é uma substância que não tem uma forma
própria, assume o formato do recipiente.
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DEFINIÇÃO DE FLUIDO
 Comparação do comportamento entre um sólido e um
fluido, através de uma experiência prática denominada
de “Experiência das duas placas”.
 Seja um sólido preso entre duas placas planas, sendo
uma inferior fixa e outra superior solicitada por uma
força tangencial Ft.
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DEFINIÇÃO DE FLUIDO
 Mantida a força Ft constante, o sólido irá se deformar
até alcançar um nova posição de equilíbrio estático.
 Nessa posição, as tensões internas equilibram a força
externa aplicada e somente uma variação da força Ft,
provocaria uma nova deformação.
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DEFINIÇÃO DE FLUIDO
 Se for colocado um fluido entre as duas placas, a
aplicação da força Ft deforma continuadamente o
volume ABCD, não alcançando uma posição de
equilíbrio estático.
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DEFINIÇÃO DE FLUIDO
 Pode-se então dizer que:
“Fluido é uma substância que se deforma continuamente, 
quando submetida a uma força tangencial constante 
qualquer”
“Fluido é uma substância que, submetida a uma força 
tangencial constante, não atinge uma nova configuração de 
equilíbrio estático”
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
ALFABETO GREGO
Pronúncia Minúscula Maiúscula
alfa  
beta  
gama  
delta  
épsilon  
dzeta  
eta  
teta  
iota  
capa  
lâmbda  
mi  
Pronúncia Minúscula Maiúscula
ni  
ksi  
omicron  
pi  
rho  
sigma  
tau  
upsilon  
phi  
khi  
psi  
ômega  
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
 É definida com a massa do fluido por unidade de
volume.
Massa Específica ()
onde
m = massa
V = volume
Sistema Internacional SI 
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Massa Específica ()
Figura – Massa específica da água em função da temperatura.
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Volume específico ()
 = massa específica
 É o inverso da massa específica.
onde
Sistema Internacional SI 
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Peso específico ()
 Definido como o peso do fluido por unidade de volume.
onde
G = peso
V = volume
Sistema Internacional SI 
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Relação simples entre peso específico e massa específica
mas
e
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Peso específico relativo para líquidos (r)
Exemplo:
O peso específico relativo de uma substância é 0,8. Qual
será seu peso específico?
 É a relação entre o peso específico do líquido e o
peso específico da água em condições padrão.
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Densidade específica (SG) – “Specific Gravity”
 É definida como a razão entre a massa específica do
fluido e a massa específica da água à 4°C (H2O =
1000 kg/m3).
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Viscosidade dinâmica ou absoluta ()
 É uma propriedade de cada fluido, e depende das
condições de pressão e temperatura.
 É a propriedade que indica a maior ou menor
dificuldade do fluido escoar.
Sistema Internacional SI 
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Viscosidade cinemática ()
 É o quociente entre a viscosidade dinâmica e a massa
específica.
Sistema Internacional SI 
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Propriedades físicas de alguns líquidos
Fonte: Introdução à Mecânica dos Fluidos - Munson
Mecânica dos Fluidos – Conceitos e Definições
Propriedades físicas de alguns gases
Fonte: Introdução à Mecânica dos Fluidos - Munson
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 É aquele cuja viscosidade é nula;
 É um fluido que escoa sem perdas de energia por
atrito;
 Nenhum fluido possui esta propriedade, mas às vezes
é importante admitir esta hipótese para simplificações
em cálculos.
Fluido ideal
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Fluido ou escoamento incompressível
 Diz-se que um fluido é incompressível, quando o seu
volume não se altera quando modificada a pressão;
 Então sua massa específica também não varia com a
pressão;
 Os líquidos, e os gases em certas condições, tem
comportamento próximo a este.
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Equação de estado dos gases
 Quando o fluido não puder ser considerado
incompressível e, ao mesmo tempo, houver efeitos
térmicos, haverá necessidade de determinar as
variações da massa específica  em função da pressão
e temperatura.
 Em geral, essas variações obedecem, para os gases, a
lei do tipo:
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Equação de estado dos gases
Onde:
P = Pressão absoluta (Pa = N/m2)
R = constante cujo valor depende do gás (Rar = 287 m2/s2K)
T = temperatura absoluta (lembrar que a escala absoluta é a
escala Kelvin; K = °C + 273).
 Sempre que for necessário, o gás envolvido será
suposto como “gás perfeito”, obedecendo à equação de
estado:
ou
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Equação de estado dos gases
* Para chegar nesta relação, basta igual os valores de R.
 Numa mudança do estado de um gás:
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Equação de estado dos gases
 Processo ISOTÉRMICO
 Quando na transformação não há variação de
temperatura. Neste caso:
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Equação de estado dos gases
 Processo ISOBÁRICO
 Quando na transformação não há variação de
pressão. Neste caso:
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Equação de estado dos gases
 Processo ISOCÓRICO ou ISOMÉTRICO
 Quando na transformação não há variação de
volume. Neste caso:
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Equação de estado dos gases
Onde k é a chamada constante adiabática cujo valor
depende do gás. No caso do ar, k = 1,4.
 Processo ADIABÁTICO
 Quando na transformação não há troca de calor.
Neste caso:
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Equação de estado dos gases
Exemplo:
Numa tubulação escoa hidrogênio (considerar k= 1,4; R =
4.122m2/s2K). Na seção (1), P1 = 3x105 N/m2 (abs) e T1 =
30°C. Ao longo da tubulação,a temperatura mantém-se
constante. Qual é a massa específica do gás numa seção
(2), em que P2 = 1,5x105 N/m2 (abs)?
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Equação de estado dos gases
Solução:
Portanto:
Logo:
Como:
Logo:
ou
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Exercícios
1. A viscosidade cinemática de um óleo é 0,028 m2/s e o seu
peso específico relativo é 0,85. Determinar a viscosidade
dinâmica no sistema SI (g = 10 m/s2).
2. A viscosidade dinâmica de um óleo é 5x10-4 kgf.s/m2 e o
peso especifico relativo é 0,82. Determinar a viscosidade
cinemática no sistema SI (g = 10 m/s2; H2O = 1.000kgf/m3).
*Dado: 1kgf  10N
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3. O peso de 3 dm3 de uma substância é 23,5N. A
viscosidade cinemática é 10-5 m2/s. Se g = 10 m/s2, qual
será a viscosidade dinâmica no sistema SI?
Exercícios
4. Ar escoa ao longo de uma tubulação. Em uma seção (1),
P1 = 200.000N/m2 (abs) e T1 = 50°C. Em uma seção (2),
P2 = 150.000N/m2 (abs) e T2 = 20°C. Determinar a
variação porcentual da massa específica de (1) para (2).
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5. Um gás natural tem peso específico relativo 0,6 em relação
ao ar a 9,8x104Pa (abs) e 15°C. Qual é o peso específico
desse gás nas mesmas condições de pressão e
temperatura? Qual é a constante R desse gás? (Rar =
287m2/s2K; g = 9,8 m/s2)
Exercícios
6. Calcular o peso específico do ar a 441kPa (abs) e 38°C.
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7. Um volume de 10m3 de dióxido de carbono (k = 1,28) a
27°C e 133,3kPa (abs) é comprimido até se obter 2m3. Se
a compressão for isotérmica, qual será a pressão final?
Qual seria a pressão final se o processo fosse adiabático?
Exercícios
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Prof. Dr. Marcos A. Fontes
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