01ª Lista de Máquinas Hidráulicas

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UFPB-CT-DEM							Prof. Dr. Jacques C. Santos
									Aluno: Jairo B. Dias - 10321161
ESTUDO DIRIGIDO
MECÂNICA DOS FLUIDOS APLICADA ÀS MÁQUINAS HIDRÁULICAS
1. O que é fluido?
Fluido é uma substância que se deformará continuamente ao ser submetido a uma tensão de cisalhamento, não importando o quão pequena possa ser essa tensão. Os fluidos compartilham a propriedade de não resistir à deformação e apresentam a capacidade de fluir, também descrita como a habilidade de tomar a forma de seus recipientes. Estas propriedades são tipicamente em decorrência da sua incapacidade de suportar uma tensão de cisalhamento em equilíbrio estático.
2. Qual a distinção entre sólido e líquido?
A distinção entre sólidos e líquidos deve-se ao fato de que somente os líquidos se deformam quando submetidos a uma força de cisalhamento.
3. O que é viscosidade?
É a propriedade dos fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade em que o fluido se movimenta. Essa propriedade física caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, a uma dada temperatura. A viscosidade está associada à resistência que o fluido oferece à deformação por cisalhamento. De outra maneira, pode-se dizer que a viscosidade corresponde ao atrito interno nos fluidos devido basicamente a interações intermoleculares, sendo em geral função da temperatura. É comumente percebida como a "grossura", ou resistência ao despejamento. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa viscosidade, enquanto óleo vegetal é "grosso", tendo uma alta viscosidade. Classificam-se em absoluta (dinâmica) ou cinemática.
4. O que é líquido perfeito?
É o mesmo que um fluido ideal, ou seja, um líquido sem viscosidade, incompressível, perfeitamente imóvel e sem forças de atrito.
5. O líquido perfeito pode ser classificado como Newtoniano? Por quê?
Os fluidos podem ser classificados como fluidos ideais, newtonianos, não newtonianos, substâncias pseudoplásticas e plásticos ideais. Nos fluidos newtonianos, existe uma relação linear entre a tensão de cisalhamento e a velocidade de deformação angular. Fato que não ocorre nos fluidos ditos perfeito. Em outras palavras, a resposta é não, pois os fluidos newtonianos apresentam viscosidade.
6. O líquido perfeito pode escoar em regime turbulento? Por quê?
Não. Os fluidos perfeitos escoam com uma camada deslizando sobre a outra, sem afetarem-se pela força de atrito. Desta forma, não faz sentido em se falar em regime turbulento.
7. O que é escoamento permanente?
É o modo com o qual o fluxo de um fluido pode se comportar, quanto à sua variação no tempo. Escoamento permanente, ou estacionário, ocorre quando num dado escoamento de um fluido a velocidade e a pressão num determinado ponto deste escoamento, não variam com o tempo. A velocidade e a pressão podem variar de um ponto para outro do fluxo, mas se mantêm constantes em cada ponto imóvel do espaço, em qualquer momento do tempo.
8. Dê um exemplo?
O escoamento em tubulações em altura de queda constante como ocorre nos reservatórios de nível constante dos laboratórios de hidráulica.
9. O que é regime uniforme?
É o modo com o qual o fluxo de um fluido pode se comportar, quanto à variação na trajetória das partículas. Escoamento uniforme, no qual todos os pontos da mesma trajetória que seguem as partículas apresentam a mesma velocidade. Trata-se de um caso específico do escoamento permanente, pois existe a variação da velocidade entre as trajetórias, mas na mesma trajetória, todos os pontos têm a mesma velocidade. Em outras palavras, entre os pontos de uma mesma trajetória, não há variação da velocidade.
10. Esboce o escoamento em regime permanente e uniforme em uma seção de um duto cilíndrico?
11. O que é regime variado?
É o modo com o qual o fluxo de um fluido pode se comportar, quanto à variação na trajetória das partículas. Escoamento variado, no qual os diversos pontos de uma mesma trajetória não apresentam constância da velocidade num intervalo de tempo considerado.
12. O que é escoamento irrotacional?
É quando no escoamento não há movimento de rotação das partículas em torno de seus próprios centros de massa.
13. Defina corretamente trajetória líquida?
É o lugar geométrico das posições sucessivas ocupadas no escoamento, por uma partícula líquida.
14. Defina corretamente linha de corrente?
Ocorre quando temos um campo vetorial de configuração instantânea perfeitamente definida, que permite traçar um feixe de linhas que, em cada ponto seja tangente ao vetor velocidade nesse ponto.
15. Defina corretamente filete líquido?
É definido como um canal líquido de seções transversais suficientemente pequenas para que em todos os pontos de uma dada seção transversal, possamos considerar como sendo as mesmas condições as condições de escoamento, tais como velocidade, pressão e etc.
16. Defina corretamente veia líquida?
É um filete de seção finita apreciável, enfeixando um conjunto de filetes.
17. Escreva corretamente a equação básica da estática dos fluidos.
- ∇p + 𝜌g = 0
18. O que é altura representativa de pressão?
É a altura de coluna líquida de peso específico γ, em repouso e que exerce sobre sua base uma pressão p, sendo sua extremidade superior livre de qualquer pressão.
19. Defina corretamente pressão relativa positiva.
Ela tem como referência a pressão atmosférica local, cujo instrumento de medição é o manômetro. Quando o parelho indica um valor acima da pressão atmosférica, chamamos de pressão relativa positiva.
20. Defina corretamente pressão relativa negativa.
É a diferença entre a pressão atmosférica e a pressão no ponto considerado.
21. Defina corretamente pressão absoluta positiva.
É a soma da pressão relativa positiva (manométrica) com a pressão atmosférica.
22. Defina corretamente pressão absoluta negativa.
É a diferença entre a pressão atmosférica e a pressão no ponto considerado.
23. Esboce a figura 1.21 (Macintyre).
24. Esboce a figura 1.22 (Macintyre).
25. Explique a influência do peso específico na figura 1.22 (Macintyre).
Fica claro que quanto menor for o peso específico, maior será a coluna de tal líquido, para uma mesma pressão.
26. Converta 1 atmosfera técnica para:
a) Kgf.cm-2	⟾ 1 atmosfera técnica = 1 kgf/cm2
b) m.c.a.		⟾ 1 atmosfera técnica = 10,0003 m.c.a.
c) psi		⟾ 1 atmosfera técnica = 14,2233 psi
27. Converta 1 atmosfera normal para:
a) Kgf.cm-2	⟾ 1 atmosfera normal (física) = 1,0332 kgf/cm2
b) m.c.a.		⟾ 1 atmosfera normal (física) = 10,3326 m.c.a.
c) psi		⟾ 1 atmosfera normal (física) = 14,6959 psi
28. Converta 28 psi para:
a) Kgf.cm-2		⟾ 28 psi = 1,9686 kgf/cm2
b) m.c.a.			⟾ 28 psi = 19,6865 m.c.a.
c) atmosfera técnica	⟾ 28 psi = 1,9686 atmosfera técnica
d) atmosfera normal	⟾ 28 psi = 1,9053 atmosfera normal
29. Deduza a Equação de Bernoulli.
Partindo da representação da linha de corrente abaixo, teremos:
K sendo o versor e g o campo gravítico. O comprimento infinitesimal de arco de linha de corrente está denotado por (ds). Iremos supor a linha de corrente parametrizada em termos das coordenadas do referencial definido pelos versores T e N em cada ponto. Nestas circunstâncias, poderemos exprimir o vetor velocidade V em cada ponto da linha de corrente por:
Em que VT e VN representam, respectivamente, a componente tangencial e normal. Como se sabe, por definição de linha de corrente, o vetor de velocidade V de um escoamento, é tangente a cada um dos postos da linha de corrente. Desta forma, numa linha de corrente, a componente normal VN da velocidade é nula e a componente tangencial é igual ao valor absoluto de V, tornando-se assim possível representar a velocidade do escoamento em cada ponto por:
Comecemos agora a observar que o primeiro membro da equação de Euller se reduz a:
Uma vez que a velocidade V tem uma componente normalnula na linha de corrente. Notemos que esta última expressão pode ser escrita como:
Por outro lado, a componente do gradiente de pressão ∇p na direção tangencial à linha de corrente reduz-se a:
Quanto à componente tangencial, à linha de corrente, do peso volumétrico (𝜌·g), e considerando a figura inicial, facilmente concluímos que:
Tendo em conta as três últimas expressões mostradas e supondo adicionalmente o escoamento estacionário, a equação de Euller na direção da linha de corrente assume a forma:
Isto é;
Naturalmente, se a massa volúmica for constante, obteremos:
Condição esta que só se verifica quando:
Isso, ao longo de uma linha de corrente. Esta última expressão é a EQUAÇÃO DE BERNOULLI.