Introdução a mecânica dos fluidos

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Introdução
Mecânica: 
Ciência que estuda o equilíbrio e o movimento de corpos 
sólidos, líquidos e gasosos, bem como as causas que 
provocam este movimento;
É a ciência que estuda o comportamento dos fluidos, 
assim como as leis que regem seu comportamento no 
repouso ou em movimento.
O que é mecânica dos fluidos?
Fenômenos de Transporte: Refere-se ao estudo 
sistemático e unificado da transferência de momento 
(mecânica dos fluidos), energia (transferência de calor) e 
matéria (transferência de massa).
Mecânica dos fluidos
A Estática dos Fluidos ou Hidrostática:
Estuda as condições sob a ação de forças exteriores, 
principalmente da gravidade. Fundamenta-se na segunda 
lei de Newton para corpos sem aceleração (∑F=0).
A Dinâmica dos fluidos:
Estuda os fluidos em movimento e se fundamenta 
principalmente na segunda lei de Newton para corpos 
com aceleração (∑F=m.a).
Aceno Histórico
Até o início do século os estudos 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 pratica;
As faces da Mecânica dos Fluidos
Por que estudar Mecânica dos Fluidos?
Porque 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.
Porque com isso teremos bases essenciais, para 
aplicações nos mais variados ramos utilizados em 
Engenharia.
Por que estudar mecânica dos fluidos?
E principalmente, porque utilizamos em várias situações 
do nosso cotidiano.
Aplicações na Engenharia
Trocas de calorPerda de carga
Tornando portanto, importante os conhecimentos 
básicos, das leis tratadas em Fenômenos de Transporte.
O projeto de todos os meios de transporte requer a 
aplicação dos princípios de Mecânica dos Fluidos.
as asas de aviões e supersônicos;
aerobarcos;
pistas inclinadas e verticais para decolagem;
cascos de barcos e navios;
projetos de submarinos;
Projetos de automóveis.
Mecânica dos Fluidos aplicada na área de saúde:
O sistema de circulação do sangue no corpo humano 
é essencialmente um sistema de transporte de fluido.
A medicina utiliza aplicações em projetos de corações 
e pulmões artificiais baseados nos princípios da 
Mecânica dos Fluidos;
 Microfluidos de extrema precisão para medicações 
modernas.
Outros projetos dos princípios de Mecânica dos 
Fluidos. 
máquinas de grande efeito; 
Projeto de todos os tipos de máquinas de fluxo 
incluindo bombas, sopradores, compressores, 
ventiladores e turbinas;
Lubrificação em geral;
Sistemas de aquecimento e refrigeração para 
residências particulares e grandes edifícios 
comerciais.
Exemplos de aplicações práticas
Barragens
Aerodinâmica
Embarcações
Aquecimento Instrumentos
Bombas
É uma evidencia das possíveis consequências que 
ocorrem, quando os princípios básicos da Mecânica dos 
Fluidos são negligenciados; Ponte suspensa, apenas 4 
meses depois de ter sido aberta ao tráfego, foi destruída
durante um vendaval.
O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma 
(1940) 
Diferença entre Mecânica dos Fluidos e 
Fenômenos de Transporte
A disciplina Fenômenos de Transporte envolve 
conceitos associados a Mecânica dos Fluidos, 
Termodinâmica e Transmissão de Calor, ou seja é um 
condensado desses tópicos de forma menos 
aprofundada. 
Já a Mecânica dos Fluidos é a ciência que tem por 
objetivo o estudo do comportamento físico dos fluidos 
e das leis que regem este comportamento.
De uma maneira geral, o fluido é caracterizado 
quimicamente 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.
Algumas definições de fluidos
Outra definição para fluidos
Um fluido é caracterizado também como uma substância
que se deforma continuamente quando submetida a uma
tensão de cisalhamento, não importando o quão pequena
possa ser essa tensão.
A principal característica dos fluidos está relacionada a 
propriedade de não resistir a deformação e apresentam a 
capacidade de fluir, ou seja, possuem a habilidade de tomar 
a forma de seus recipientes.
Fatores de diferenciação entre sólido e líquido
O fluido não resiste a esforços tangenciais por 
menores que estes sejam, o que implica que se 
deformam continuamente. 
O fluido em contato com uma superfície sólida não 
desliza sobre ela, por causa da condição de não 
deslizamento, logo este terá a mesma velocidade 
que a superfície.
“Líquidos – São substâncias que adquirem a forma do 
recipiente que a contém, possuindo volume definido e, 
apresenta resistência à redução de volume próprio 
sendo então denominado fluido incompressível.”
“Gases – São substâncias que ao preencherem o 
recipiente, não formam superfície livre, não tem volume 
definido, além sofrer uma redução de seu volume 
próprio ao ser submetido a ação de uma força é 
denominado fluidos compressíveis.” 
Tensão é quantidade de força ( tensão ) aplicada 
em uma determinada área do fluido. 
A força cisalhante aplicada em uma determinada
área de um corpo em contato com um plano
estacionado, caracteriza a tensão de
cisalhamento.
Quanto maior a viscosidade de um fluido maior é a
tensão de cisalhamento necessária para produzir
certa velocidade de cisalhamento.
Tensão de cisalhamento ou tensão de corte 
Os fluidos podem ser classificados como: 
• Fluido Newtoniano ;
• Fluido Não Newtoniano. 
• Esta classificação está associada à caracterização da 
tensão, como linear ou não-linear no que diz respeito à 
dependência desta tensão com relação à deformação e à 
sua derivada. 
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.
Os fluidos são imediatamente deformados 
irreversivelmente, mesmo para pequenos valores 
da tensão de cisalhamento.
Denominamos os sólidos como elásticos e aos 
fluidos como viscosos.
Propriedades dos fluidos
Algumas propriedades são fundamentais para a análise 
de um fluido, representam a base para o estudo da 
mecânica dos fluidos.
Essas propriedades são específicas para cada tipo de 
substância avaliada e são muito importantes para a 
avaliação dos problemas comumente encontrados na 
indústria. 
Propriedades físicas dos fluidos e variáveis de processo
Massa específica () Peso específico ()
Densidade (d) Volume específico (s)
Viscosidade ( ou ) Pressão de vapor (Pvap)
Para entender o comportamento dos fluidos, estuda-se as
variações sofridas pelas propriedades acima em função de
variáveis de processo(Temperatura, Pressão,etc).
Propriedades dos fluidos
Massa específica (ρ)
•Para os gases usamos também a lei de Clayperon:
P= Pressão do recipiente do gás;
T= temperatura correspondente;
R= constante universal dos gases.
RT
P

V
m
volume
massa

Exemplos de Densidades
ρgases << ρlíquidos ≈ ρsólidos (Kg/m³)
Hidrogênio =0,083 Amônia=682 Cobre=8920
Hélio=0,164 Sangue=1050 Prata=10490
Argônio=1,784 Argônio (líq) =1390 Chumbo=11340
Xenônio=5,88 Etanol=789 Mercúrio=13600
Oxigênio=1,33 Metano=424 Nylon=1140
Ar (CNTP)=1,29 Água=1000
Propriedades dos fluidos
Peso específico ()
•Specific weight
É a razão entre o peso de umdado fluido e o volume 
que o contém.
V
W
volume
peso

Propriedades dos fluidos
Relação entre peso específico e massa específica:
Como o peso é definido pelo princípio fundamental da 
dinâmica (2ª Lei de Newton) por (P = m . g),
logo a equação pode ser reescrita do seguinte modo:
g
V
gm


 
V
W
Propriedades dos fluidos
Densidade Relativa (δ)=Densidade (d)
• specific gravity
É a relação entre a massa específica de uma substância e 
a de outra tomada como referência. 
Corresponde ao número de vezes que um material é 
“mais pesado” que outro. 
É um número adimensional, ou seja, não contempla 
unidades de medida.
Propriedades dos fluidos
Viscosidade cinemática – (ν)
• kinematic viscosity
É o quociente entre a viscosidade dinâmica pela massa 
específica do fluido.
COEFICIENTE DE VISCOSIDADE CINEMÁTICO ( ν ):
Nos sistemas usuais:
Sistema SI.............................m²/s
Sistema SA.............................ft²/s
Sistema CGS.........................cm²/s = Stoke
Sistema MKfS........................m²/s 
1 centistokes (cSt) = 10-2 cm2/s


 
• Viscosidade cinemática – (ν)
C O E S Ã O (cohesion)
É uma pequena força de atração entre as moléculas do 
próprio líquido (atração eletroquímica).
Essa propriedade é que permite às moléculas fluídas 
resistirem a pequenos esforços de tensão.
• Ex.: A formação da gota d’água é devida à coesão.
A D E S Ã O (adherence)
Ocorre quando um líquido está em contato com um 
sólido, e a atração exercida pelas moléculas do sólido, é 
maior que a atração existente entre as moléculas do 
próprio líquido (que seria a coesão).
Propriedades dos fluidos
Pressão de vapor (Pv) 
A Pressão de vapor ou tensão de vapor, corresponde ao 
valor da pressão na qual o líquido passa da fase líquida 
para a gasosa. 
Na superfície de um líquido ocorre uma troca constante 
de moléculas que escapam para a atmosfera(evaporação) 
e outras que penetram no líquido (condensação). 
Propriedades dos fluidos
• Vapor Pressure
Caso isto se dê pela mudança da pressão local enquanto 
a temperatura permanece constante, o fenômeno é 
conhecido por CAVITAÇÃO.
Este fenômeno ocorre, normalmente, em escoamentos 
sujeitos às baixas pressões, próximos à mudança de fase 
do estado líquido para o gasoso e constitui um grande 
problema em válvulas e sucção de bombas provocando a 
“corrosão” das paredes da carcaça de bombas, das 
palhetas do rotor, e reduz a sua eficiência operacional.
Este processo depende da atividade molecular em que 
temperatura e da pressão influenciam diretamente, 
fazendo crescer o seu valor com o aumento da pressão e 
da temperatura.
Quando a pressão externa, na superfície do líquido, se 
iguala à pressão de vapor, o mesmo evapora.
Se o processo no qual isto ocorre é devido ao aumento 
da temperatura do líquido, permanecendo a pressão 
externa constante, o processo é denominado de 
EVAPORAÇÃO.
Viscosidade absoluta ou dinâmica–(μ)
• Viscosity absolut
É a propriedade dos fluidos responsável pela resistência ao 
deslocamento (deformação).
É função da coesão entre as moléculas e da velocidade de transferência 
de quantidade de movimento. Equilibra as forças externas com as 
internas ao fluido , mantendo a velocidade constante.
IMPLICAÇÃO: O escoamento de fluidos dentro das 
canalizações, somente se verifica com “ PERDA “ de energia, 
perda essa designada por “ PERDA DE CARGA” 
COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DINÂMICA:
y
ν
τ
μ


 
Propriedades dos fluidos
X - representa o plano; 
Y – representa a direção.
http://bcs.wiley.com/he-bcs/Books?action=mininav&bcsId=6187&itemId=0470547553&assetId=233351&resourceId=22858&newwindow=true
A classificação SAE: Estabelecida pela Sociedade dos Engenheiros 
Automotivos dos Estados Unidos, classifica os óleos lubrificantes 
pela sua viscosidade, que é indicada por um número. 
São divididos em três categorias:
Óleos de verão: SAE 20, 30, 40, 50, 60;
Óleos de inverno: SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W;
Óleos multiviscosos (inverno e verão): SAE 20W-40, 20W-50, 15W-
50.
As classes de viscosidades tem vários institutos de 
classificação. Os mais
conhecidos são SAE, API, AGMA e ISO VG.
Classes de Viscosidades SAE:
Quanto maior o número, maior a viscosidade, para o óleo suportar 
maiores temperaturas. 
Graus menores suportam baixas temperaturas sem se solidificar 
ou prejudicar a bombeabilidade.
O óleo multigrau SAE 20W40 se comporta a baixa temperatura 
como um óleo 20W reduzindo o desgaste na partida do motor 
ainda frio e em alta temperatura se comporta como um óleo SAE 
40, tendo uma ampla faixa de utilização.