Aula 2 - Mecanica dos Fluidos

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ENGENHARIA MECÂNICA
Disciplina: Mecânica dos Fluidos
Aula 02
Prof. Vânio Berlin de Souza
2020.1
UNIVERSIDADE UNOPAR
Métodos de análise de movimentos de fluido
Diagrama de Corpo Livre (DCL)
Representação gráfica de todas as forças agindo sobre determinado corpo rígido.
A Figura 1.1 traz um problema no qual um corpo de massa m descola-se em um plano com inclinação q , em que são representadas todas as forças atuantes no corpo: a força peso, a força normal e a força de atrito, que tem sentido oposto ao deslocamento.
Na mecânica dos fluidos, não estamos interessados no comportamento de um corpo rígido, mas, sim, no escoamento do fluido através de tubulações, bombas e turbinas, asas de avião etc. É importante, então, delimitar uma região no espaço para o estudo. Isso pode ser feito por meio da definição de um sistema ou um volume de controle.
Para a análise de qualquer problema da mecânica dos fluidos, é fundamental que se conheça as leis básicas que governam seu movimento. As leis básicas aplicáveis a qualquer fluido são:
Métodos de análise de movimentos de fluido
Na mecânica dos fluidos estudamos o comportamento do escoamento do fluido por meio de tubulações, bombas, turbinas, entre outros. É importante delimitar uma região no espaço para o estudo por meio da definição de um sistema ou volume de controle.
Sistema é uma quantidade de massa fixa que escolhemos como objeto de estudo.
Esta quantidade de matéria é delimitada por uma fronteira do sistema por meio da qual não há fluxo de massa, enquanto que o volume pode variar. 
Método de análise em Sistema – 
Sistema fechado.
Volume de controle é uma quantidade de volume que escolhemos como objeto de estudo.
Esta quantidade de volume é delimitada por uma superfície de controle por meio da qual há fluxo de massa, energia e demais quantidades associadas ao escoamento.
Sistema de controle de volume – Sistema Aberto
(a) Distribuição de pressão em um perfil de asa e (b) Resultante aerodinâmica em um perfil de asa.
formulação integral:
- fornece um comportamento global do escoamento.
 obtemos a força resultante aerodinâmica.
 
formulação diferencial:
 é utilizada quando desejamos conhecer ponto a ponto de determinado escoamento.
 sabemos a pressão aplicada em cada ponto desse perfil de asa.
Possível classificação da mecânia dos fluídos de meios continuos
Descrição e classificação dos movimentos de fluido
Escoamento uni, bi e tridimensional
Um escoamento é uni, bi ou tridimensional em função do número de coordenadas espaciais necessárias para especificar o campo de velocidade.
Imagine uma partícula de fluido movendo-se com velocidade em um escoamento qualquer. Em um dado instante, a velocidade dessa partícula será uma função das coordenadas espaciais e do tempo. Selecionando um volume de controle para o estudo e utilizando o método de descrição Euleriano, obtemos o campo de velocidade do escoamento 
Escoamento estacionário e não estacionário
Esta classificação ocorre em função da dependência ou não do tempo na variação pontual das suas propriedades (massa específica, velocidade, temperatura, etc.).
Exemplos de escoamento uni e bidimensionais.
Escoamento (Fluxo interno versus externo)
Um fluxo de fluido é classificado como interno ou externo, dependendo de o fluido ser forçado a fluir em um canal confinado ou sobre uma superfície.
O fluxo de um fluido sem limites sobre uma superfície como uma placa, um fio ou um tubo é um fluxo externo.
O fluxo em um tubo ou duto é interno se o fluido estiver completamente delimitado por superfícies sólidas.
O fluxo de água em um tubo, por exemplo, é interno, e o fluxo de ar sobre uma bola ou sobre um tubo exposto durante um dia ventoso é o fluxo externo.
Linhas de emissão sobre um automóvel em um túnel de vento.
Classificação dos fluxos de fluidos
Existe uma grande variedade de problemas de fluxo de fluido encontrados na prática, e geralmente é conveniente classificá-los com base em algumas características comuns para tornar possível estudá-los em grupos.
Regiões viscosas versus invisíveis do fluxo
Quando duas camadas de fluido se movem uma em relação à outra, uma força de atrito se desenvolve entre elas e a camada mais lenta tenta desacelerar a camada mais rápida.
Essa resistência interna ao fluxo é quantificada pela viscosidade da propriedade do fluido, que é uma medida da viscosidade interna do fluido.
A viscosidade é causada por forças coesivas entre as moléculas nos líquidos e por colisões moleculares nos gases.
Escoamento (Regiões viscosas versus e invisiveis do fluxo)
 Não há viscosidade zero do fluido e, portanto, todos os fluxos de fluido envolvem efeitos viscosos em algum grau.
 Os fluxos nos quais os efeitos de atrito são significativos são chamados fluxos viscosos.
 No entanto, em muitos fluxos de interesse prático, há regiões (normalmente regiões não próximas a superfícies sólidas) em que as forças viscosas são insignificantemente pequenas em comparação às forças inerciais ou de pressão.
Negligenciar os termos viscosos nessas regiões de fluxo invíscidas simplifica muito a análise sem perda de precisão.
Classificação dos fluxos de fluidos
Um fluxo é classificado como compressível ou incompressível, dependendo do nível de variação da densidade durante o fluxo.
Incompressibilidade é uma aproximação e um fluxo é considerado incompressível se a densidade permanecer quase constante por toda parte.
Portanto, o volume de cada porção de fluido permanece inalterado ao longo de seu movimento quando o fluxo (ou o fluido) é incompressível.
As densidades dos líquidos são essencialmente constantes e, portanto, o fluxo de líquidos é tipicamente incompressível. Portanto, os líquidos são geralmente referidos como substâncias incompressíveis.
 Uma pressão de 210 atm, por exemplo, faz com que a densidade da água líquida a 1 atm mude em apenas 1%.
 Os gases, por outro lado, são altamente compressíveis. Uma mudança de pressão de apenas 0,01 atm, por exemplo, causa uma mudança de 1% na densidade do ar atmosférico.
 Os fluxos de gás costumam ser aproximados como incompressíveis se a mudança de densidade for inferior a 5%.
 Os efeitos da compressibilidade do ar podem ser negligenciados em velocidades abaixo de 100m / s.
Fluxo laminar versus turbulento
Alguns fluxos são suaves e ordenados, enquanto outros são caóticos.
O movimento de fluido altamente ordenado, caracterizado por uma camada lisa de fluido, é chamado laminar.
O fluxo de fluidos de alta viscosidade, como óleos em baixas velocidades, é tipicamente laminar.
O movimento fluido altamente desordenado que normalmente ocorre em altas velocidades e é caracterizado por flutuações de velocidade é chamado turbulento.
O fluxo de fluidos de baixa viscosidade, como o ar em altas velocidades, é tipicamente turbulento.
Um fluxo que alterna entre laminar e turbulento é chamado de transição.
Fluxo laminar versus turbulento
No caso do escoamento de fluidos incompressíveis em dutos (escoamento interno), sua natureza é determinada pelo valor do número de Reynolds (Re ), adimensional, definido pela expressão:
V [m s] é a velocidade média de escoamento do fluido dentro do duto
 D[m] é o diâmetro do duto
 	é a viscosidade dinâmica ou absoluta do fluido
	é a viscosidade cinemática do fluido.
é a massa específica do fluido
 O número de Reynolds no qual o escoamento torna-se turbulento é chamado de crítico,
 O valor deste é diferente para cada geometria e condição de escoamento.
 O valor geralmente aceito é Re cr = 2300.
 Na maioria das situações, o escoamento é laminar quando Re < 2300, transitório quando 2300 ≤ Re ≤ 4000 e turbulento quando Re > 4000
Problema na área de escoamentos em tubulações industriais.