Introdução à Mecânica dos Fluidos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS (CTG)
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA (DEMEC)
MECÂNICA DOS FLUIDOS 2 – ME262
Prof. ALEX MAURÍCIO ARAÚJO
Recife - PE
Mecânica dos Fluidos 2 (ME 262)
Curso: Engenharia Mecânica Professor: Alex Maurício Araújo 
Carga Horária: 60h (Teoria e conceitos)) (3ª;5ª feiras) (08-10h)
30h Exercícios: Monitoria (à combinar!)
Texto: Introdução à Mecânica dos Fluidos / Fox e McDonald/ 6ª edição
Avaliação: 1º EE 2º EE 3º EE Ex. Final
1ª Nota 2ª Nota
Cronograma: Programação das Datas dos Exames.
Objetivos: ● Formar base analítica para prever e controlar o comportamento dos 
fluidos em sistemas e processos da Engenharia Mecânica;
● Capacitar para analisar e resolver problemas com fluidos. 
Ferramentas: Análises dos cálculos diferencial e integral. 
Abrangência: Propriedades; Estática; Cinemática; Dinâmica.
Mecânica
Sólidos Fluidos
Estática Dinâmica
Incompressível
ρ = cte
Real 
(viscoso)
μ ≠ 0
Laminar
NRe
Turbulento
NRe
Ideal
(não-viscoso)
μ = 0
Compressível
Real Ideal
Relativística Quântica
Prever e controlar o comportamento dos fluidos
para: - planejar
- projetar 
- construir
- operar
MÁQUINAS, SISTEMAS e 
PROCESSOS de Eng. Mecânica
Capítulo 1 - Introdução
Objetivos.
Metodologia de solução de problemas. 
Importância dos meios fluidos.
Definição de fluido. Condição de não-deslizamento. 
Métodos de análise. Abordagens e abrangências. Sistemas e volume de controle. 
Sistemas de coordenadas. 
Princípios Físicos da Mecânica dos Fluidos.
Solução dos problemas da Mecânica dos Fluidos.
Exemplo: uso de sólido e fluido num projeto de engenharia. 
Sistemas de unidades: exemplo caso da pressão.
Referências adicionais:
Metodologia de solução de problemas:
1 – Declare com suas próprias palavras, a informação dada e a desejada.
2 – Faça um desenho esquemático do S ou do VC a ser usado na análise. Assinale as suas
fronteiras e os sentidos apropriados do sistema de coordenadas. 
3 – Apresente a formulação matemática das leis básicas necessárias para resolver o problema.
4 – Relacione as hipóteses simplificadoras que você considera apropriadas ao problema. 
5 – Complete a análise algebricamente, antes de introduzir valores numéricos.
6 – Use valores numéricos (com sistema consistente de unidades), a fim de obter uma
resposta numérica.
a) Faça referência à fonte de valores com relação a qualquer propriedade física. 
b) Observe se os algarismos significativos da resposta são consistentes com os dados
fornecidos.
7 - Verifique a resposta, e reveja as hipóteses da solução, a fim de assegurar que são razoáveis.
No corpo humano a água é o principal
constituinte (entre 70% a 74%)
A água cobre 71% da Terra (sendo que disso 97% é água do mar e
3% é água doce mas grande parte destes 3% encontram-se nos
calotes polares e nos lençóis freáticos).
Atmosfera 100%
Água 71%
Importância dos meios fluidos
Escala planetária
Escala humana
Fotografia da Terra apresentando em
terceiro plano a Lua, tirada de bordo da
Apolo-8 no Natal de 1968.
Destaca-se a limitação externa da atmosfera
terrestre, a grande altitude.
Fotografia da Terra apresentando em
primeiro plano a superfície lunar, tirada de
bordo da Apolo-8 no Natal de 1968.
Definição de fluido
Linhas de tempo
(“No-slip condition”)
SÓLIDOS FLUIDOS
Fluido:
• é uma substância que se deforma continuamente sob a aplicação de uma tensão de cisalhamento
(τ), não importando quão pequena seja.
• substância incapaz de suportar tensões de cisalhamento (τ) quando em repouso.
Métodos de análise:
(S)
- S/VC
- Diferencial/ Integral
- Lagrange/ Euler
SISTEMA (S) VOLUME DE CONTROLE (VC)
VC
DIFERENCIAL INTEGRAL
Sistemas de coordenadas:
(x, y, z) Coordenada Cartesiana 
(r, Ө, z) Coordenada CilíndricaP
MÉTODO DE DESCRIÇÃO LAGRANGE
Método que segue a partícula. Mecânica da partícula.
MÉTODO DE DESCRIÇÃO EULER / DE CAMPO
Fluido composto de grande número de partículas, a descrição de Lagrange é inviável. Foca a
atenção sobre as “propriedades” de um escoamento em um certo ponto P (x, y, z) em função do
tempo.
p = p (x, y, z, t)
Princípios Físicos da Mecânica dos Fluidos:
1 – Conservação da massa (M)
2 – Conservação do momento linear ( P )
3 – Conservação do momento angular ( H )
4 – Conservação de energia (E)
5 – 2º LTD. (S)
Eles governam o comportamento físico da matéria. Se pudermos prever o
comportamento do fluido, pode-se: planejar, projetar, construir e operar de modo correto
máquinas, sistemas e processos que usam fluidos como componente.
Solução dos problemas da Mecânica dos Fluidos:
Sólidos e fluidos
A haste transmite a fa e, para equilibrar,
exerce-se F=100N no pistão maior!
“Um sólido transmite a força que se 
exerce sobre ele.”
“Um fluido transmite a pressão que 
se exerce sobre ele, em todas as
direções.”
Esta propriedade dos fluidos, a de multiplicar ou reduzir uma força, tem muitas 
aplicações práticas: máquinas de fluxo, prensas, elevadores e freios.
Servo freio
- psi (lb / in²) 
- psf (lb / ft ²)
- atm 
- N/m ² (Pa)
- kgf / cm²
- ft de ar
- mca
- mm Hg
Unidades de “p” :
Colunas de fluido
Mensagens 
1) Provérbio chinês:
“Ouço e esqueço
vejo e recordo
faço e compreendo.”
2) Mudança de cultura (modelo/ paradigma):
“O que está ao meu alcance para melhorar o processo?
Eu posso fazer o que eu posso, e, vou fazer isso melhor!”
FIM