Introduçao mecanica dos fluidos

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Clique para editar o estilo do título mestre
Clique para editar o estilo do subtítulo mestre
*
*
*
Mecânica dos Fluidos
Introdução
 Propriedades Básicas dos Fluidos
*
*
*
Introdução
Mecânica: Ciência que estuda o equilíbrio e o movimento de corpos sólidos, líquidos e gasosos, bem como as causas que provocam este movimento;
Em se tratando somente de líquidos e gases, que são denominados fluidos, recai-se no ramo da mecânica conhecido como Mecânica dos Fluidos.
*
*
*
Introdução
Mecânica dos Fluidos: Ciência que trata do comportamento dos fluidos em repouso e em movimento. Estuda o transporte de quantidade de movimento nos fluidos.
Exemplos de aplicações:
O estudo do comportamento de um furacão;
O fluxo de água através de um canal;
As ondas de pressão produzidas na explosão de uma bomba;
As características aerodinâmicas de um avião supersônico;
*
*
*
Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
	O conhecimento e entendimento dos princípios e conceitos básicos da Mecânica dos Fluidos são essenciais na análise e projeto de qualquer sistema no qual um fluido é o meio atuante
*
*
*
Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
	O projeto de todos os meios de transporte requer a aplicação dos princípios de Mecânica dos Fluidos. Exemplos:
as asas de aviões para vôos subsônicos e supersônicos
máquinas de grande efeito
aerobarcos
pistas inclinadas e verticais para decolagem
cascos de barcos e navios
projetos de submarinos e automóveis
*
*
*
Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
Projeto de carros e barcos de corrida (aerodinâmica);
Sistemas de propulsão para vôos espaciais;
Sistemas de propulsão para fogos de artifício;
Projeto de todos os tipos de máquinas de fluxo incluindo bombas, separadores, compressores e turbinas;
Lubrificação;
Sistemas de aquecimento e refrigeração para residências particulares e grandes edifícios comerciais;
*
*
*
Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma (1940) evidencia as possíveis conseqüências que ocorrem, quando os princípios básicos da Mecânica dos Fluidos são negligenciados;
A ponte suspensa apenas 4 meses depois de ter sido aberta ao tráfego, foi destruída durante um vendaval;
Inicialmente, sob a ação do vento, o vão central pôs-se a vibrar no sentido vertical, passando depois a vibrar torcionalmente, com as torções ocorrendo em sentido oposto nas duas metades do vão. Uma hora depois, o vão central se despedaçava
*
*
*
Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
*
*
*
Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
O sistema de circulação do sangue no corpo humano é essencialmente um sistema de transporte de fluido e como conseqüência o projeto de corações e pulmões artificiais são baseados nos princípios da Mecânica dos Fluidos;
O posicionamento da vela de um barco para obter maior rendimento com o vento e a forma e superfície da bola de golfe para um melhor desempenho são ditados pelos mesmos princípios.
*
*
*
Aceno Histórico
Até o início do século o estudo dos fluidos foi efetuado essencialmente por dois grupos – Hidráulicos e Matemáticos;
Os Hidráulicos trabalhavam de forma empírica, enquanto os Matemáticos se concentravam na forma analítica;
Posteriormente tornou-se claro para pesquisadores eminentes que o estudo dos fluidos deve consistir em uma combinação da teoria e da experiência;
*
*
*
Importância
Nos problemas mais importantes, tais como:
Produção de energia
Produção e conservação de alimentos
Obtenção de água potável
Poluição
Processamento de minérios
Desenvolvimento industrial
Aplicações da Engenharia à Medicina
Sempre aparecem cálculos de:
Perda de carga
Forças de arraste
Trocas de calor
Troca de substâncias entre fases
*
*
*
Importância
	Desta forma, torna-se importante o conhecimento global das leis tratadas no que se denomina Fenômenos de Transporte.
*
*
*
Os Fenômenos de Transporte na Engenharia
Engenharia Civil e Arquitetura
Constitui a base do estudo de hidráulica e hidrologia e tem aplicações no conforto térmico em edificações
*
*
*
Os Fenômenos de Transporte na Engenharia
Engenharias Sanitária e Ambiental
Estudos da difusão de poluentes no ar, na água e no solo
*
*
*
Os Fenômenos de Transporte na Engenharia
Engenharia Mecânica
Processos de usinagem, processos de tratamento térmico, cálculo de máquinas hidráulicas, transferência de calor das máquinas térmicas e frigoríficas e Engenharia aeronáutica
*
*
*
Os Fenômenos de Transporte na Engenharia
Engenharia Elétrica e Eletrônica
Importante nos cálculos de dissipação de potência, seja nas máquinas produtoras ou transformadoras de energia elétrica, seja na otimização do gasto de energia nos computadores e dispositivos de comunicação;
*
*
*
Quais as diferenças fundamentais entre
 fluido e sólido?
Fluido é mole e deformável
Sólido é duro e muito pouco deformável
*
*
*
Passando para uma linguagem científica:
 A diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada com a estrutura molecular:
Sólido: as moléculas sofrem forte força de atração (estão muito próximas umas das outras) e é isto que garante que o sólido tem um formato próprio;
Fluido: apresenta as moléculas com um certo grau de liberdade de movimento (força de atração pequena) e não apresentam um formato próprio. 
*
*
*
Fluidos:Líquidos e Gases
Líquidos:
 - Assumem a forma dos recipientes que os contém;
Apresentam um volume próprio (constante);
Podem apresentar uma superfície livre;
*
*
*
Fluidos:Líquidos e Gases
Gases e vapores:
-apresentam forças de atração intermoleculares desprezíveis;
não apresentam nem um formato próprio e nem um volume próprio;
ocupam todo o volume do recipiente que os contém.
*
*
*
Teoria Cinética Molecular
“Qualquer substância pode apresentar-se sob qualquer dos três estados físicos fundamentais, dependendo das condições ambientais em que se encontrarem”
*
*
*
Estados Físicos da Matéria 
*
*
*
Fluidos
De uma maneira geral, o fluido é caracterizado pela relativa mobilidade de suas moléculas que, além de apresentarem os movimentos de rotação e vibração, possuem movimento de translação e portanto não apresentam uma posição média fixa no corpo do fluido.
*
*
*
Fluidos x Sólidos
A principal distinção entre sólido e fluido, é pelo comportamento que apresentam em face às forças externas.
Por exemplo, se uma força de compressão fosse usada para distinguir um sólido de um fluido,
este último seria inicialmente comprimido, e a partir de um certo ponto ele se comportaria
exatamente como se fosse um sólido, isto é, seria incompressível.
*
*
*
Fatores importantes na diferenciação entre sólido e fluido
O fluido não resiste a esforços tangenciais por menores que estes sejam, o que implica que se deformam continuamente.
*
*
*
Fatores importantes na diferenciação entre sólido e fluido
Já os sólidos, ao serem solicitados por esforços, podem resistir, deformar-se e ou até mesmo cisalhar.
*
*
*
Fluidos x Sólidos
Os sólidos resistem às forças de cisalhamento até o seu limite elástico ser alcançado (este valor é denominado tensão crítica de cisalhamento), a partir da qual experimentam uma deformação irreversível, enquanto que os fluidos são imediatamente deformados irreversivelmente, mesmo para pequenos valores da tensão de cisalhamento.
*
*
*
Fluidos: outra definição
Um fluido pode ser definido como uma substância que muda continuamente de forma enquanto existir uma tensão de cisalhamento, ainda que seja pequena.
*
*
*
Propriedades dos fluidos
Massa específica -  
- É a razão entre a massa do fluido e o volume que contém essa massa (pode ser denominada de densidade absoluta)
Sistema SI............................Kg/m3
*
*
*
Massas específicas de alguns fluidos
*
*
*
Propriedades
dos fluidos
 Peso específico - 
 
 
- É a razão entre o peso de um dado fluido e o volume que o contém;
- O peso específico de uma substância é o seu peso por unidade de volume;
Sistema SI............................N/m3
W
*
*
*
Propriedades dos fluidos
Relação entre peso específico e massa específica
W
*
*
*
Propriedades dos fluidos
Volume Específico - Vs
Vs= 1/ =V/m
- É definido como o volume ocupado pela unidade de massa de uma substância, ou seja, é o inverso da massa específica
Sistema SI............................m3/Kg
*
*
*
Propriedades dos fluidos
Densidade Relativa - δ (ou Densidade)
É a relação entre a massa específica de uma substância e a de outra tomada como referência
	δ = 
o
*
*
*
Propriedades dos fluidos
Densidade Relativa - δ (ou Densidade)
Para os líquidos a referência adotada é a água a 4oC
Sistema SI.....................ρ0 = 1000kg/m3
*
*
*
Propriedades dos fluidos
Densidade Relativa - δ (ou Densidade)
Para os gases a referência é o ar atmosférico a 0oC
Sistema SI................. ρ0 = 1,29 kg/m3
*
*
*
Exercícios
1. Determine o peso de um reservatório de óleo que possui uma massa de 825 kg.
2. Se o reservatório do exemplo anterior tem um volume de 0,917m3 determine a massa específica, peso específico e densidade do óleo.
3. Se 6,0m3 de óleo pesam 47,0 kN determine o peso específico, massa específica e a densidade do fluido
4. Se 7m3 de um óleo tem massa de 6.300 kg, calcule sua massa específica, densidade, peso e volume específico. Considere g= 9,8 m/s2
5. O peso específico da água à pressão e temperatura usuais é aproximadamente igual a 9,8 kN/m3. A densidade do mercúrio é 13,6. Calcule a densidade, a massa específica e o volume específico do mercúrio.