Propriedades dos Fluidos

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RICHARDSON SILVEIRA TRINDADE DA SILVA
IFPE – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE PERNAMBUCO
PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
Recife
2015
RICHARDSON SILVEIRA TRINDADE DA SILVA
IFPE – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE PERNAMBUCO
PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
Trabalho realizado para composição da nota da Iª unidade da matéria Mecânica dos Fluídos na turma de Química VI.
Orientadora: Professora Ana Carmela
Recife
2015
1 Introdução
“Fluidos são substâncias ou corpos cujas moléculas ou partículas têm a propriedade de se mover, umas em relação às outras, sob ação de forças de mínima grandeza” (Azevedo Netto et al., 1998: 8).
Mais especificamente, os fluidos são substâncias que deformam continuamente quando submetidas a uma força de cisalhamento (força por unidade de área) qualquer. Os fluidos podem apresentar-se na forma líquida ou gasosa. Sua principal característica é ser sensível à deformação, além de tomar a forma do recipiente o qual está contido (no caso dos fluidos líquidos). A diferença entre os fluidos líquidos e gasosos está na configuração das suas moléculas, enquanto nos líquidos as moléculas estão mais próximas e compactas, nos fluidos gasosos elas estão muito espaçadas entre si. Como consequência, os gases serão facilmente deformados ou comprimidos e sempre ocuparão o volume total de qualquer recipiente em que estejam presentes. No caso dos líquidos, eles não ocuparão o volume total do recipiente, já que o espaço intermolecular é pequeno. 
Neste trabalho, serão definidas e exemplificadas nove propriedades dos fluidos: densidade absoluta, peso específico, densidade relativa, viscosidade dinâmica, coesão, adesão, tensão superficial, compressibilidade e elasticidade. 
2 Propriedades dos Fluidos
2.1 Massa Específica 
Para caracterizar a massa de um fluido, utilizamos a massa específica, que é definida como a massa da substância dividida pelo volume em que ela está contida. A massa específica é equacionada por:1.0
O conceito de massa específica, geralmente, é utilizado quando os líquidos trabalhados são homogêneos. O comportamento da massa específica de líquidos e gases é diferente. Nos gases, pode-se observar uma variação da massa específica de acordo com a mudança de pressão e temperatura. Já nos líquidos, essa variação não é percebida. Na Tabela 1 estão apresentadas as massas específicas de alguns fluidos. 
A massa específica é uma propriedade importante para a identificação de fluidos. Por exemplo, sabendo a massa de um fluido é de aproximadamente 0,039 quilogramas e que ele está contido em um recipiente de 5×10-5 metros cúbicos, descobre-se que a massa específica desse fluído é 780. Consultando a Tabela 1, observa-se que o fluido é, provavelmente, um álcool etílico.
Tabela 1 – Massa específica de alguns fluidos em determinadas temperaturas
	Substância
	Temperatura (°C)
	Massa Específica ρ (kg/m³)
	Água
	15,6
	999
	Álcool etílico
	20
	789
	Gasolina
	15,6
	680
	Mercúrio
	20
	13600
	Ar
	15
	1,23 E+0
	Hélio
	20
	1,66 E-1
	Hidrogênio
	20
	8,38 E-2
	Metano
	20
	6,67 E-1
2.2 Peso Específico
O peso específico, designado por γ, é uma propriedade utilizada para caracterizar o peso de um fluido em um sistema e essa é justamente a diferença entre peso específico e massa específica, onde neste é a massa que é caracterizada. A fórmula é dada por:1.1
Substituindo a fórmula de massa específica (1.0) na do peso específico, obtemos a seguinte relação:1.2
No Sistema Internacional, a unidade de peso específico é N/m³. Podemos aplicar o conceito de peso específico para, assim como na massa específica, identificar substâncias ou até mesmo determinar a aceleração da gravidade quando desconhecida. Identifica-se que o peso de um fluido desconhecido é 40800 N e está contido em um volume de 0,3 m³. Utilizando-se dessas informações, descobre-se que o peso específico desse fluido é 13600 N/m³, que é compatível com o peso específico da substância Mercúrio.
2.3 Densidade Relativa
A massa específica de um fluido em relação a massa específica da água é chamada de densidade relativa. A temperatura dos fluidos deve ser a mesma, geralmente é utilizada 4°C , temperatura em que a densidade da água é 1000 kg/m³. Sua fórmula é dada por:
Também chamada de gravidade específica, a densidade relativa é adimensional, já que é a divisão de dois valores com unidades iguais. Sua aplicação é ampla, pode ser utilizada na indústria para determinar a concentração de diversos materiais, pode, também, ser utilizada para quantificar a flutuabilidade de uma substância.
2.4 Viscosidade dinâmica
Alguns fluidos escoam mais facilmente que outros, isso ocorre devido diferenças na movimentação das partículas de cada fluido, ou seja, da resistência do mesmo à deformação. A viscosidade é uma das propriedades que influenciam muito no escoamento de fluidos. 
Figura 1 – Comportamento de um fluido entre placas paralelas
Na Figura 1, estão dispostas duas placas paralelas, uma fixa e uma móvel separadas por uma distância b, com um fluido entre as mesmas. Quando a placa móvel é movimentada com uma força de intensidade F, observa-se a formação de uma força de cilhamento na lâmina mais superior a placa móvel que promove a formação de outras forças de cilhamento de intensidade inferior a ela nas camadas dela até a anulação da mesma ao chegar na placa fixa. Observa-se uma relação de linearidade quanto à velocidade de movimentação das camadas partindo da velocidade da camada mais superior à placa (u (b) = U) até a anulação dessa velocidade na placa fixa (u (0) = 0). Quando isso acontece, o fluido é denominado Newtoniano, e a tensão de cilhamento é proporcional à relação U/b, obtendo assim a equação a seguir, onde U é a velocidade inicial igual a da placa móvel e b a altura entre as duas placas.
A viscosidade é uma importante propriedade para a indústria de detergentes, por exemplo. As pessoas geralmente relacionam viscosidade à concentração do produto, o que faz com que as empresas precisem se empenhar em trabalhar a viscosidade do mesmo. Além disso, a viscosidade pode ser importante no caso das Tintas Serigráficas aplicadas por quadros. Caso a viscosidade seja muito baixa, a tinta vai escoar pelas tramas da tela, manchando desta forma o substrato.
2.5 Coesão	
Coesão é a capacidade que uma substância tem de permanecer unida, resistindo à separação. Especificamente, a coesão é a força de atração entre partículas adjacentes dentro de um mesmo corpo.
2.6 Adesão
Adesão é a capacidade que uma substância tem de se unir a outra. É a propriedade pela qual se unem duas superfícies de substâncias quando entram em contato, e se mantém juntas por forças intermoleculares.
2.7 Tensão Superficial
A tensão superficial é causada pela formação de uma membrana hipotética na superfície de um fluido líquido. Essa membrana é resultado de uma diferença entre a força de coesão das moléculas na superfície e a força de coesão das moléculas internamente. A força exercida nessa membrana imaginária por unidade de comprimento é denominada tensão superficial e é dada pela equação a seguir, onde F é a força superficial e d é o comprimento em que ela atua.
A tensão superficial é utilizada para explicar a formação da forma esférica em gotículas de água, e também, para explicar a capilaridade. A capilaridade é um fenômeno que ocorre quando a tensão superficial combinada a forças coesivas fazem com que um líquido flua contra a força da gravidade.
2.8 Compressibilidade
A compressibilidade de um fluido é definida como a capacidade de redução de volume do mesmo quando sujeito à pressões externas. Consequentemente, com a redução do volume, ocorre o aumento da massa específica desse fluido. Geralmente, a compressibilidade se aplica a fluidos gasosos. A fórmula a seguir relaciona a compressibilidade com o volume (v), a pressão (p) e o coeficientede compressibilidade (α).
2.9 Elasticidade
É a capacidade que um fluido tem de se expandir quando há um aumento das pressões externas. Berthelot, em 1850, descobriu essa propriedade também para os líquidos pois para os gases, a propriedade já era bem conhecida. A equação que define o coeficiente de elasticidade é:
	Sua unidade é dada em kgf/m².
Referências Bibliográficas
MUNSON, Bruce R.; YOUNG, Donald F.; OKIISHI, Theodore H.. Fundamentos da Mecânica dos Fluidos. 4ª edição. São Paulo: Edgard Blucher, 2002. 584 p. 
MECÂNICA dos Fluidos, 2013. Apostila do curso oferecido pela Universidade Santa Cecília, Santos, 2013.
AZEVEDO NETTO, J.M., FERNANDEZ Y FERNANDEZ, M., ARAUJO, R., ITO, A.E. (1998). Manual de Hidráulica. 8ª edição, Editora Edgard Blucher, São Paulo.