03 Lab SMI Ativ 03

Prévia do material em texto

FATEC - SP - Faculdade de Tecnologia São Paulo 
 
Departamento de Mecânica 
 
Disciplina: Sistemas Mecânicos I - Laboratório 
 
Professor Antonio Celso 
 
RELATÓRIO de ATIVIDADE de LABORATÓRIO 
 
 
 
Atividade Número: 3 
Título da Atividade: Cinemática dos Fluídos 2/2 
 
Turma: 093 - Quarta- Feira - 20h50 às 22h40 
Grupo: 931 
 
Número: Nome: Assinatura: 
16208332 Caio Cesar Moreira 
17110017 Gustavo Burato de Oliveira 
17208050 Isaque Carlos de Toledo 
17109722 Leonardo Bisquiliare Dolce 
16213833 Lucas Silva Pereira 
16108874 Roger Corcino Cunha Diniz 
 
Área de Concentração: 
Tecnologia Mecânica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Paulo 
10 Semestre de 2018 
 
 
Laboratório de Sistemas Mecânicos I – Cinemática dos Fluídos 2/2 
Sistemas Mecânicos I 
SUMÁRIO 
 
1. Introdução 
 
2. Objetivos 
 
3. Embasamento teórico 
3.1. Vazão 
3.2. Teorema de Stevin 
 
4. Materiais e métodos 
 
5. Procedimentos e análise 
5.1. Resolução 
 
6. Conclusão 
 
7. Referências bibliográficas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Laboratório de Sistemas Mecânicos I – Cinemática dos Fluídos 2/2 
Sistemas Mecânicos I 
 
1. Introdução 
Solucionar problemas da Mecânica dos Fluídos puramente por métodos analíticos é, em geral, difícil e 
trabalhoso. Por isso, desenvolvem-se métodos experimentais que permitem produzir modelos matemáticos 
condizentes com a realidade, permitindo tirar maior proveito dos resultados experimentais, assim como diminuir 
custos e perda de tempo. 
A cinemática dos fluidos é um meio de estudo do movimento dos fluidos, desconsiderando as 
forças atuantes para descrever campos de velocidades, acelerações, movimentos e auxiliando a 
visualização do movimento dos fluídos. 
 
 
2. Objetivo 
Demonstrar que a cinemática dos fluidos é um meio de estudo onde, desconsiderando as forças atuantes, 
podemos para descrever campos de velocidades, acelerações, movimentos e auxiliar a visualização do 
movimento dos fluídos. 
 
 
 
 
3. Embasamento teórico 
 
3.1. Vazão 
Vazão ou é o volume de determinado fluido que passa por uma determinada seção de um conduto livre ou 
forçado, por uma unidade de tempo. Ou seja, vazão é a rapidez com a qual um volume escoa. Vazão 
corresponde à taxa de escoamento, ou seja, quantidade de material transportado através de uma tubulação, 
por unidade de tempo. Ainda outra definição é a de um fluxo volumétrico. 
 
 
Vazão volumétrica: É definida como a quantidade em volume que um determinado 
fluido escoa em uma tubulação num de terminado tempo. É definida com a seguinte 
fórmula: 
 
 
Q = V/t 
 
Onde: 
Q = Vazão Volumétrica 
V = Volume 
t = Tempo 
 
 
 
 
Laboratório de Sistemas Mecânicos I – Cinemática dos Fluídos 2/2 
Sistemas Mecânicos I 
Vazão em Massa: É definida como a quantidade em massa que um determinado fluido escoa 
em uma seção num determinado tempo. É definida com a seguinte fórmula: 
 
Qm = ρ* Q 
 
Onde: 
Qm = Vazão em massa 
ρ = massa específica. Para a água: ρ = 100 0 kg/m³ 
Q = Vazão Volumétrica 
 
 
Vazão em Peso: É definida como a quantidade em peso que um determinado fluido 
escoa em uma seção num determinado tempo. É definida com a seguinte fórmula: 
 
Qg = ϒ*Q 
 
Onde: 
Qg = Vazão em peso 
ϒ = Peso específico. Para a água: ϒ = 10000 N/m³ 
Q = Vazão Volumétrica 
 
 
3.2. Teorema de Stevin 
Quando um fluido está em equilíbrio, ele não tende a escorregar. Dessa forma, as interações que 
ele mantém juntamente com outros objetos ou corpos são sempre normais às superfícies de 
contato. Cabe lembrar que os líquidos não puxam os objetos ou corpos com quem mantêm 
contato. Sendo assim, dizemos que a interação normal à superfície sempre acontece no sentido 
de que o líquido empurra a área de contato do corpo. Dessa forma, a pressão exercida por um 
fluido nas paredes de um recipiente qualquer é sempre uma grandeza positiva. 
A fim de analisar como varia a pressão em um líquido na direção vertical, vamos considerar um 
cilindro que contém certa quantidade de líquido homogêneo. 
Para a condição de equilíbrio do líquido na direção vertical, temos: 
 
FB= FA+ Pliq e P=m.g 
 
como V=A.h,temos:P= μ.A.h.g 
Partindo desses princípios, podemos dizer que: 
FB= FA+ μ . A . h . g 
Laboratório de Sistemas Mecânicos I – Cinemática dos Fluídos 2/2 
Sistemas Mecânicos I 
Para simplificar a equação, podemos dividi-la pela área da superfície do cilindro, assim temos: 
 
pB= pA+ μ . h . g 
Esse resultado, que fornece a diferença de pressão entre dois níveis no interior de um líquido, em 
presença de gravidade, isto é: 
pB- pA= μ . h . g 
é chamado de Teorema de Stevin ou Lei de Stevin em homenagem a Simon Stevin (1548-1620). 
Na equação acima, pA é a pressão exercida pelo ar atmosférico no local. Em seu teorema, Stevin 
diz que: 
- Quando dois pontos de uma mesma porção de um mesmo líquido em equilíbrio estão no mesmo 
nível, significa que estão submetidos à mesma pressão. 
- A diferença de pressão entre dois pontos de um líquido homogêneo em equilíbrio é dada pela 
pressão exercida pela coluna de líquido entre eles. 
 
 
 
 
 
4. Materiais e métodos 
Neste experimento foi utilizada a planilha de dados “Lab SMI Ativ 03”. 
 
 
 
5. Procedimento e análise 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
gás 
 
 
 
3 
 
 
2 
 
 
mistura 
 
 
 
 
 
Ar 
 
 
 
1 
 
 
Terceira atividade de laboratório de Sistemas Mecânicos I : 
01) No misturador esquematizado, as velocidades médias de entrada do gás e de saída de 
mistura, são iguais , 
mist
 = 0,09 utm/m
3
, 
gás
 = 0,8 Kg/m
3
, D
2
 = 1 1/2 ", D
3
 = 3". 
A vazão em massa de Ar é de 0,0051 utm/s. Pede-se determinar: 
a) a vazão em massa do gás em utm/s ; b) a vazão em massa da mistura em Kg/h. 
Misturador 
Laboratório de Sistemas Mecânicos I – Cinemática dos Fluídos 2/2 
Sistemas Mecânicos I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
02) Na parede de um cilindro metálico de capacidade 100 litros, são instalados um termometro, cujo 
mostrador possue escalas em 
0
C e 
0
F e um manometro cujo mostrador possue escalas em psi e Kgf/cm
2
. O 
cilindro é preenchido com um gás, até que as leituras sejam: 7 
0
C e 3,6 Kgf/cm
2
 . Esta operação é 
realizada num local em que a leitura barométrica é de 750 mm Hg. O cilindro com o gás tem uma etiqueta 
especificando a massa de gás.O cilindro é vendido e enviado para um cliente. No local da entrega a leitura 
barométrica é de 680 mm Hg. O cliente ao receber o cilindro, anota as leituras do termometro em 
0
F e do 
manometro na escala em psi. 
 
a) Se a constante do gás é de 30 Kgf .m/ Kg .K . 
Qual especificação da massa de gás em gramas ? 
b) Se a pressão absoluta do gás não variou. 
 Quais asleituras do termometro e do manometro, anotadas pelo cliente ? 
03) Em que condições e para que fluido é válido o teorema de Stevin ? 
04) Explique o que se entende por "carga de pressão" ? 
Laboratório de Sistemas Mecânicos I – Cinemática dos Fluídos 2/2 
Sistemas Mecânicos I 
5.1. Resolução 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Laboratório de Sistemas Mecânicos I – Cinemática dos Fluídos 2/2 
Sistemas Mecânicos I 
2a) 
Volume = 100 L 
Pressão = 3,6 kgf/cm² 
temp. 7°C 
 
100 L x m³103 L= 0,1 m³ 
 
3,6 kgfcm² x 104cm²m² = 3,6 x 104 kgf /m² 
 
3,6 x104 kgf /m² x 0,1 m³ = 3,6 x 10³ kgfm 
 
Se a constante do gás é 30 kgfm/kgK então: 
 
3,6 x 10³ kgfm30 kgfmx kgK = 120 kg K 
 
A especificação da massa do gás é ( em gramas ) : 
 
120 000 g. 
 
2b) 
7°C➝ °F = 7 x 1,8 + 32 = 44,6 ° F 
 
3,6 kgf/cm² ➝ psi = 3,6 kgf/cm² x 14,2 psi1 kgf/cm² = 51,12 psi 
kgf/cm² 
 
 
3) 
Fluidos incompressíveis e em repouso. 
 
 
4) 
É a altura resultante da pressão sobre o peso especifico. 
 
 
 
6. Conclusão 
 
A cinemática dos fluidos é um meio de estudo da Mecânica dos fluídos onde conseguimos descrever campos 
de velocidades, acelerações, movimentos e auxiliar a visualização do movimento dos fluídos. Determinando 
vazão em massa de um gás, vazão em massa da mistura, especificar massa de gás. 
 
 
 
7. Referências bibliográficas 
 
Brunetti, Franco – Mecânica dos Fluídos/ Franco Brunetti -2°ed. Ver – São Paulo : Pearson 
Prentice Hall, 2008. 
PROF. ANTONIO CELSODUARTE - SM-I Sistemas Mecânicos / Laboratório – Fatec São Paulo 
- pag 2-6, 02/2017