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ESTÁTICA DOS FLUIDOS Setembro/2024 1. INTRODUÇÃO • Fluído estático (parado ou que não obriga a particulas a um movimento relativo): - velocidade nula - Se não há movimento, não há •Na estática: estudo da PRESSÃO • Importância para a engenharia civil: - dimensionamento de barragens; piscinas; reservatórios; - sistemas hidráulicos e pneumáticos; - medidas de pressão (manometria e outros) 2. OBJETIVOS Analisar as grandezas envolvidas na estática Definir pressão estática Trabalhar com unidades e medidas de pressão Definir equações para dimensionamento da pressão 3. Pressão • A Pressão é dada pela relação entre a força aplicada e a área desta superfície: P = F/A • No sistema internacional, força é dada em N e área em m2. Então a unidade de pressão é N/m2 • A unidade N/m2 também é usuamente chamada Pascal - Pa 4. Unidades de Pressão • Na prática, muitas outras unidades para a especificação da pressão também são utilizadas, essas unidades são comuns nos mostradores dos manômetros industriais e as mais comuns são: atm, mmHg, kgf/cm²,bar, psi e mca. A especificação de cada uma dessas unidades está apresentada a seguir: - atm (atmosfera) - mmHg (milímetro de mercúrio) - kgf/cm² (quilograma força por centímetro ao quadrado) - bar (nomenclatura usual para pressão barométrica) - psi (libra por polegada ao quadrado) - mca (metro de coluna d’água) Tabela de Conversão de Unidades de Pressão Dentre as unidades definidas de pressão, tem-se um destaque maior para a atm (atmosfera) que teoricamente representa a pressão necessária para se elevar em 760mm uma coluna de mercúrio, assim, a partir dessa definição, a seguinte tabela para a conversão entre unidades de pressão pode ser utilizada. - 1atm = 760mmHg - 1atm = 760mmHg = 101230Pa - 1atm = 760mmHg = 101230Pa = 1,0330 kgf/cm² - 1atm = 760mmHg = 101230Pa = 1,0330 kgf/cm² = 1,01bar - 1atm = 760mmHg = 101230Pa = 1,0330 kgf/cm² = 1,01bar = 14,7psi - 1atm = 760mmHg = 101230Pa = 1,0330 kgf/cm² = 1,01bar = 14,7psi = 10,33mca 5. Análise da Pressão nos Fluidos Lei de Pascal (Blase Pascal) “A pressão em torno de um ponto fluido contínuo, incompressível e em repouso é igual em todas as direções, e ao aplicar- se uma pressão em um de seus pontos, esta será transmitida integralmente a todos os demais pontos.” (válida somente para fluidos incompressíveis, ideais, com densidade absoluta constante) Aplicações da Lei de Pascal Se P = F/A e P1 = P2. Exercendo uma pressão P1 = F1/A1 no êmbolo menor, a pressão transmitida ao êmbolo maior é P2 = F2/A2. Então temos: F1/A1 = F2/A2 5. Análise da Pressão nos Fluidos Lei de Stevin (Equação Fundamental da Estática) Num fluido estático ocorrem 2 tipos de força: a) Forca de contato ou atrito: decorrente do atrito interno intermolecular: F = P x A b) Força de campo ou da gravidade: definida como o peso de um volume de fluido: F = ρ x g x A x h ou F = x A x h 5. Análise da Pressão nos Fluidos Imagine, no interior de um líquido em repouso, um prisma ideal. Fazendo o somatório de forças no eixo y, tem-se: Fy = 0 Desta forma, tem-se: P1 x A + x A x h – P2 x A = 0 Obtém-se: P1 – P2 = x h 0= yF 0= yF 021 =−+ AphAAp 5. Análise da Pressão nos Fluidos Lei de Stevin: “A diferença de pressão entre dois pontos da massa de um líquido em equilíbrio é igual à diferença de profundidade multiplicada pelo peso específico do líquido”. Então é possível entender o conceito de carga • Da Lei de Stevin pode-se concluir que P = x h. Pode-se então afirmar que P/ = h. • Frequentemente nos referimos às pressões em metros de coluna d’água ou em milímetros de mercúrio; • Isto indica a pressão como uma altura de um certo fluido; • Os termos (p/ ) e (patm/ ) são denominados cargas de pressão (1 atm = 760 mmHg = 10mca) 6. Influência da Pressão Atmosferica A pressão na superfície de um líquido é exercida pelos gases que se encontram acima, geralmente à pressão atmosférica. Levando-se em conta a pressão atmosférica, tem-se: p1 = pa + .h (1) p2 = p1 + .h´ (2)= pa + .(h + h´) 6. Influência da Pressão Atmosferica A pressão atmosférica varia com a altitude: - 10,33 m de coluna d´água ao nível do mar; - mercúrio → 13,6 menor ou 0,76 m. Em muitos problemas referentes às pressões nos líquidos, interessa conhecer somente a diferença de pressões. Portanto, a pressão atmosférica é considerada igual a zero. 7. Medidas de Pressão A pressão é medida através de aparelhos denominados: a) barômetro de mercúrio: pressão atm 7. Medidas de Pressão b) Piezômetros: tubulação graduada para se medir a deflexão do líquido (pressão) Piezômetros c) Manômetros: aparelhos destinados a medir pressão ou vácuo Slide 1: ESTÁTICA DOS FLUIDOS Slide 2: 1. INTRODUÇÃO Slide 3: 2. OBJETIVOS Slide 4: 3. Pressão Slide 5: 4. Unidades de Pressão Slide 6: Tabela de Conversão de Unidades de Pressão Slide 7: 5. Análise da Pressão nos Fluidos Slide 8: Aplicações da Lei de Pascal Slide 9 Slide 10: 5. Análise da Pressão nos Fluidos Slide 11: 5. Análise da Pressão nos Fluidos Slide 12: 5. Análise da Pressão nos Fluidos Slide 13: Então é possível entender o conceito de carga Slide 14: 6. Influência da Pressão Atmosferica Slide 15: 6. Influência da Pressão Atmosferica Slide 16 Slide 17: 7. Medidas de Pressão Slide 18: 7. Medidas de Pressão Slide 19: Piezômetros Slide 20 Slide 21