mecanica dos fluidos

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MECÂNICA DOS FLUIDOS:
INTRODUÇÃO E PROPRIEDADES BÁSICAS DOS FLUIDOS
AULA 01
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 fluídos, recai-se no ramo da mecânica
conhecida como Mecânica dos Fluídos.
INTRODUÇÃO
Mecânica dos Fluidos: 
• Ciência que trata do comportamento dos fluídos em repouso
e em movimento.
• Estuda o transporte de quantidade de movimento nos
fluídos.
EXEMPLOS DE APLICAÇÕES
–O estudo do comportamento de um furacão;
EXEMPLOS DE APLICAÇÕES
–O fluxo de água através de um canal;
EXEMPLOS DE APLICAÇÕES
– As ondas de pressão produzidas na explosão de uma bomba;
EXEMPLOS DE APLICAÇÕES
–As características aerodinâmicas de um avião supersônico;
POR QUE ESTUDAR A MECÂNICA DOS FLUÍDOS?
• 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
fluído 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 supersônicos
–aerobarcos
–cascos de barcos e navios
–projetos de submarinos e automóveis
Por que estudar Mecânica dos Fluidos?
• O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma (1940) evidencia as possíveis
consequências 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
ESTUDO DOS FLUÍDOS INICIALMENTE...
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 nas Engenharias
•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 nas Engenharias
•Engenharias Sanitária e Ambiental
Estudos da difusão de poluentes no ar, na água e no solo.
Os Fenômenos de Transporte nas Engenharias
•Engenharia Mecânica
Processos de usinagem, processos de tratamento térmico, cálculo de
máquinas hidráulicas, transferência de calor das máquinas térmicas e
frigoríficas.
Os Fenômenos de Transporte nas Engenharias
•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
fluído e sólido?
• Fluido é mole e deformável
• Sólido é duro e muito 
pouco deformável
Cientificamente...
• 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.
FLUÍDO MOVIMENTO DE 
VIBRAÇÃO, ROTAÇÃO E 
TRANSLAÇÃO DAS 
MOLÉCULAS
NÃO APRESENTAM 
POSIÇÃO MÉDIA FIXA
MOBILIDADE 
DAS 
MOLÉCULAS
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.
F
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
V
m
volume
massa
==
Massas específicas de alguns fluídos
Fluído  (Kg/m3)
Água destilada a 4 oC 1000
Água do mar a 15 oC 1022 a 1030
Ar atmosférico à pressão 
atmosférica e 0 oC
1,29
Ar atmosférico à pressão 
atmosférica e 15,6 oC
1,22
Mercúrio 13590 a 
13650
Petróleo 880
Propriedades dos fluidos
• Peso específico - 
- É a razão entre o peso de um dado fluído e o volume que o
contém;
- O peso específico de uma substância é o seu peso por unidade
de volume;
Sistema SI............................N/m3
V
G
volume
peso
==
W
Propriedades dos fluidos
• Relação entre peso específico e massa específica
g
V
gm
V
G
=

==
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
SistemaSI.....................ρ0 = 1000kg/m
3
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/m
3
Exercício:
1) Os líquidos e os gases são fluidos, mas apresentam características diferentes.
Descreva as propriedades que diferenciam os gases dos líquidos.
2) Sabendo-se que 1500kg de massa de uma determinada substância ocupa um
volume de 2m³, determine a massa específica, o peso específico e a densidade
relativa dessa substância. Dados: γH2O = 10000N/m³, g = 10m/s²
3) Um reservatório cilíndrico possui diâmetro de base igual a 2m e altura de 4m,
sabendo-se que o mesmo está totalmente preenchido com gasolina,
determine a massa de gasolina presente no reservatório. Dados: Massa
Específica ρ = 720kg/m³ (obtido na tabela de propriedades dos fluidos)
4) Um reservatório cúbico com 2m de aresta está completamente
cheio de óleo lubrificante (ver propriedaes na Tabela). Determine a
massa de óleo quando apenas ¾ do tanque estiver ocupado. Dados:
peso específico do óleo= 8000N/m³, g = 10m/s².