Aula 1 - mecânica dos fluidos

Prévia do material em texto

FENÔMENO DE TRANSPORTE
Professor: Mayco Velasco de Sousa
FACULDADE DE IPORÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL 
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 2
APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA 
Fenômeno de Transporte
 DEFINIÇÃO
• É a ciência que estuda o comportamento físico dos fluidos e as leis que
regem tal comportamento. Estudo do comportamento dos fluidos em
repouso (Fluidoestática) e em movimento (Fluidodinâmica).
 APLICAÇÕES
• Máquinas de fluxo (bombas, ventiladores, compressores e turbinas),
aeronaves, automóveis, submarinos, sistemas de aquecimento e ventilação
de residências, edifícios comerciais, sistemas de tubulações, corpos
flutuantes, medicina, etc.
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 3
Fenômeno de Transporte
Usina Hidrelétrica de Itaipu
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 4
Fenômeno de Transporte
Simulação em Túnel de Vento
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 5
Fenômeno de Transporte
Ressalto Hidráulico
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 6
Fenômeno de Transporte
Vibração
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 7
Fenômeno de Transporte
 FLUIDO
• Substância que se deforma continuamente sob esforço tangencial, não
importando o quanto pequeno seja este esforço. Não apresenta forma
própria e compreendem as fases líquida e gasosa (ou de vapor) das formas
físicas nas quais a matéria existe.
Elemento Fluido sob a Ação de Esforço Tangencial Constante. 
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 8
Fenômeno de Transporte
 FLUIDO
• A distinção entre um fluido e o estado sólido fica clara ao ser comparado
seu comportamento.
O bloco sólido acima deforma-se
em função da aplicação da força
F. Desde que o limite elástico do
material não seja excedido, a
deformação será proporcional ao
esforço tangencial, e o sólido
retornará à forma anterior após
retirada esta tensão.
Quando o meio entre as duas placas
infinitas e paralelas acima é um fluido,
este deforma-se continuamente
enquanto a força estiver atuando (por
menor que esta seja). O fluido em
contato com a placa tem a mesma
velocidade desta. Não ocorre
deslizamento na zona de contato.
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 9
Fenômeno de Transporte
 FLUIDO
• Princípio da Aderência: “Os pontos de um fluido em contato com uma
superfície sólida possuem a mesma velocidade dos pontos desta com os
quais estão em contato; não há deslizamento naquelas fronteiras”.
O Perfil de Velocidade Linear no Líquido entre Placas Paralelas Infinitas.
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 10
Fenômeno de Transporte
 MÉTODO DE ANÁLISE:
• Mecânica básica: Diagrama de corpo livre;
• Termodinâmica: Sistema fechado e sistema aberto;
• Mecânica dos fluidos: Sistema e volume de controle;
SISTEMA:
• Quantidade de massa fixa e identificável;
• É separado do ambiente por suas fronteiras;
• Nenhuma massa cruza as fronteiras.
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 11
Fenômeno de Transporte
 MÉTODO DE ANÁLISE:
VOLUME DE CONTROLE:
• Volume arbitrário no espaço através do qual o fluido escoa;
• A fronteira geométrica denomina-se superfície de controle;
• Facilidade na obtenção dos efeitos.
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 12
Fenômeno de Transporte
 DIMENSÕES E UNIDADES
DIMENSÃO:
• Quantidade física mensurável;
• Pode ser uma quantidade primária ou secundária;
• Exemplo: comprimento, massa, tempo etc.
Unidade:
• É o nome (e módulo) arbitrário para cada dimensão primária;
• É utilizado como padrão de medida;
• Exemplo: metros, pés, milhas etc.
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 13
Fenômeno de Transporte
 DIMENSÕES E UNIDADES
SI GB/FSS
Comprimento (L) metro (m) pé (ft)
Massa (M) quilograma (kg) slug
Tempo (t) segundo (s) segundo (s)
Temperatura (T) kelvin (k) Rankine (ºR)
Força newton (N) libra (lb)
Pressão Pascal (Pa) libra/ft2
Energia Joule (J=N.s) ft.lb
Potência Watt (W=J/s) Cavalo-vapor (hp)
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 14
Fenômeno de Transporte
 DIMENSÕES E UNIDADES
• The Mars Climate Orbiter (NASA/1999);
• 125 milhões de dólares;
• Projetistas usaram o GB, enquanto o JPL consideraram tudo no SI.
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 15
Fenômeno de Transporte
 PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
• Característica de uma substância que se mantém invariante para um dado 
estado.
PROPRIEDADES
Extensivas (dependem da massa do corpo)
Ex.: peso, energia
Intensivas (não dependem da massa do corpo)
Ex.: viscosidade, densidade
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 16
Fenômeno de Transporte
 PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
1. Massa Especifica ou Densidade Absoluta – r
Massa de determinada substância contida em uma unidade de volume.
𝝆 =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
=
𝑘𝑔
𝑚3
A massa especifica dos líquidos e pouco sensível as variações de pressão e
de temperatura, porem nos gases e fortemente influenciada tanto pela
pressão quanto pela temperatura
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 17
Fenômeno de Transporte
 PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
1. Massa Especifica ou Densidade Absoluta
 
180
4
1000
2
2


T
OHr
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 18
Fenômeno de Transporte
 PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
2. Peso especifico – g
É a razão entre o peso de um dado fluido e o volume que o contém;
g – aceleração da gravidade local (padrão – g = 9,807 m/s2 )
𝜸 =
𝑝𝑒𝑠𝑜
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
=
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 x 𝑔
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
= 𝜌x𝑔 =
𝑁
𝑚3
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 19
Fenômeno de Transporte
 PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
3. Volume especifico – Vs
É definido como o volume ocupado pela unidade de massa de uma
substância, ou seja, é o inverso da massa específica
4. Densidade relativa - δ
É a relação entre a massa específica de uma substância e a de outra tomada
como referência
𝑽𝒔 =
1
𝜌
=
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎
=
𝑚3
𝐾𝑔
𝜹 =
𝜌
𝜌0
Para os líquidos a referência adotada é a água a 4oC ρ0 = 1000 kg/m
3
Para os gases a referência é o ar atmosférico a 0oC ρ0 = 1.29 kg/m
3
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 20
Fenômeno de Transporte
 EXERCICIOS
1) Calcular o peso específico, o volume específico e a massa específica de 6
m³ de óleo que apresenta a massa de 4800 kg. Considere a aceleração da
gravidade igual a 9.807 m/s².
2) A densidade relativa do ferro é 7,8 Determinar a massa específica e o peso
específico. Considere o peso específico da água como sendo 10 000 N/m³
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 21
Fenômeno de Transporte
 EXERCICIOS
1) Calcular o peso específico, o volume específico e a massa específica de 6
m³ de óleo que apresenta a massa de 4800 kg. Considere a aceleração da
gravidade igual a 9.807 m/s².
2) A densidade relativa do ferro é 7,8 Determinar a massa específica e o peso
específico. Considere o peso específico da água como sendo 10 000 N/m³
r  800 Kg/m3 Vs = 0,00125 m
3/Kg g  7845,6 N/m3
gfe  78000 N/m
3 rfe  7800 Kg/m
3
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 22
Fenômeno de Transporte
 LEIS DO GASES PERFEITOS
Os gases são muito mais compressíveis do que os líquidos. Sob certas
condições, a massa especifica de um gás esta relacionada com a pressão e a
temperatura através da equação de Clapeyron ou lei dos gases perfeitos.
Onde:
P – pressão absoluta (N/m2 = Pa)
V – volume (m3 )
n– numero de moles (N)
R – constante especifica do gás (J/m.K)
T – temperatura absoluta (K)
P . V = n . R . T
Para situações em que a massa do ar permanece constante, temos que:
𝑝𝑖 𝑉𝑖
𝑇𝑖
=
𝑝𝑓 𝑉𝑓
𝑇𝑓
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 23
Fenômeno de Transporte
 PRESSÃO
É a razão entre uma força e a área sobre a qual esta força atua.
Pressão absoluta ou efetiva: é a pressão total existente num ponto de um 
sistema. Corresponde à força que as moléculas de um fluido exercem numa 
unidade de área.
Pressão barométrica ou atmosférica: é a pressão atmosférica local, ou seja, a 
pressão que a camada atmosférica exerce em uma certa localidade.
Pressão atmosférica padrão: é a pressão atmosférica ao nível do mar. Então, 
Patm = 101325 Pa = 14,6959 psi = 1,03323 kgf/cm² = 1,01325 bar = 1 atm = 
760 mmHg = 10,33226 mca.
Pressão manométrica ou relativa ou Gage pressure: é a diferença entre a 
pressão de um fluido e a pressão atmosférica local, corresponde à pressão que 
um fluido exerce nas paredes de um vaso.
aatmosféricabsolutaivaa_ou_relatmanométric PPP 
FENÔMENO DE TRANSPORTE - PROF. MAYCO VELASCO DE SOUSA 24
Fenômeno de Transporte
 EXERCÍCIO
1) Um tanque de ar comprimido apresenta volume igual a 2,38 x 10 -2 m3 .
Determine a massa especifica e o peso do ar contido no tanque quando
a pressão relativa do ar no tanque for igual a 340 kPa. Admita que a
temperatura do ar no tanque e igual a 21 °C e que a pressão atmosférica
vale 101,3 kPa (abs). R = 286,9 J/ kg.K
2) Um reservatório graduado de 500 ml de liquido que pesa 6 N. Determine
o peso especifico, a massa e a densidade do liquido.
3) Um tanque de ar comprimido contem 8 kg de ar a uma temperatura de
80°C. O calibrador do tanque marca 300 kPa. Determine o volume do
tanque. R = 286,9 J/ kg.K