APS 1 e 2

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Submersão: Forças e Empuxo Associados a Superfícies e Corpos
1. Forças sobre superfícies submersas
1.1 Teoria
As forças que atuam em uma superfície submersa são originadas pelas pressões dos pontos dos fluidos em contato com a superfície submersa, e estas pressões podem apresentar dois tipos de distribuição ao longo da superfície.
Para calcular a Força Hidrostática em superfícies submersas é necessário que se calcule sua magnitude, o sentido de aplicação e a linha de ação da resultante.
Para calcular a magnitude e o ponto de aplicação da força resultante da pressão da água sobre uma superfície genérica submersa, vamos simplificar o entendimento: o plano y-z coincide com o plano da superfície e o eixo x perpendicular a este plano.
1.2 Aplicação
A equação básica da estática é:
Se a pressão da superfície for Po, pode integrar a relação entre pressão e altura para obter uma expressão para a pressão, em qualquer profundidade, visto que ρ é constante:
A força resultante atuando na superfície é dada pela soma de todas as contribuições infinitesimais de todas as áreas:
A expressão:
 pode ser levada a equação
2. Empuxo sobre corpos submersos
2.1. Teoria
Para falar empuxo devemos citar o PRINCÍPIO DE ARIQUIMEDES, que diz: “Todo corpo imerso, total ou parcialmente, num fluido em equilíbrio, dentro de um campo gravitacional, fica sob a ação de uma força vertical, com sentido ascendente, aplicada pelo fluido. Esta força é denominada empuxo, cuja intensidade é igual ao peso do líquido deslocado pelo corpo.”
O empuxo é a existência da ação de várias forças sobre um corpo mergulhado em um determinado líquido. Cada força tem um módulo diferente, e a resultante delas não é nula. A resultante de todas essas forças está dirigida para cima e é exatamente esta resultante que representa a ação do empuxo sobre o corpo.
2.2. Aplicação
Podemos notar a força empuxo nas seguintes aplicações:
· É o empuxo que permite que um navio ou uma pessoa possam flutuar no mar:
 
Nestes casos, o empuxo e o peso dos corpos têm o mesmo módulo (E = P)
· É também o empuxo que faz com que um balão suba:
Neste caso, enquanto o balão está subindo, o empuxo exercido pelo ar é mais intenso que o peso do balão (E > P)
Podemos definir o valor da Força Empuxo através da seguinte equação:
3. Exemplos associados a Exploração de Petróleo e Gás Offhore.
Uma construção petrolífera offshore são estruturas localizadas em alto mar, que atuam na produção de gás e extração de petróleo no oceano e são utiliza das em oceanos profundos, com reservas abundantes de petróleo e geralmente afastadas do continente. A construção das mesmas é feita no continente e embarcadas para serem içadas ou ficarem flutuantes sobre o campo de extração como podemos ver na figura abaixo. Para a exploração marinha o processo o corre em três etapas, que por sua vez, são os objetos de pesquisa das companhias offshore: as plataformas, o sistema de perfuração e o mecanismo de transmissão do petróleo da profundeza para a plataforma. O que envolve as teorias estudadas de submersão, forças e em puxo associadas a corpos e superfícies submersas. A plataforma semi-submersível é uma estrutura utilizada para perfuração ou produção do petróleo. Os flutuadores que atuam nesta plataforma, sendo eles contraventamento, colunas e o convés, são responsáveis pela maior parte do empuxo, que passa a garantir a flutuabilidade da mesma, e pelo fato de se localizarem abaixo da linha d’água eles minimizam também os movimentos de onda da plataforma. Sendo as colunas, responsáveis pela estabilidade da plataforma não deixam do que ela emborque. A instalação da plataforma Tension Leg Platform (TL P), é baseada em seu conceito; a ancoragem é feita por tendões verticais, onde por sua vez estão tracionados devido ao empuxo provocado pela parte submersa da plataforma. Nesse sistema a força do empuxo na unidade flutuante é muito maior que o seu peso. Portanto, a ancoragem vertical consiste na tração constante promovida pelo excesso de empuxo, fornecido pelo casco da plataforma.
APS 2 - Realizar uma Pesquisa Bibliográfica sobre: Número de Reynolds
1. Experiência de Reynolds – Detalhamento
Reynolds reproduz dois tipos diferentes de movimentos: laminar e turbulento , tomando se o cuidado de observar a transição do regime laminar para o turbulento através do escoamento do corante , a vista disso com as medidas experimental do volume, tempo e diâmetro interno do tubo calculou se a velocidade do fluido e em seguida o número de Reynolds, quando o corante apresentou escoamento constante foi medido a vazão do fluido na saída do tubo pelo método volume sobre o tempo com auxílio do cronômetro. Como dizia Reynolds: “O movimento interno da água assume essencialmente uma ou outra de duas formas distintas”. - ou seja determina se como regime liminar todas as moléculas do fluido que fruem paralelamente a si mesmo na direção de transporte , um fluxo laminar pode ser visualizado como uma serie d e linhas paralelas que nunca se cruza m, pois isto acontece quando a velocidade do fluxo é baixa e a camada sobre a qual ele cruza é mais lisa. Quando a velocidade do flui do aumento ou a viscosidade diminui a corrente do corante se quebra e se torna altamente distorcida e começa a existir transporte de fluido perpendicular a direção principal do fluxo, e isso se caracteriza em um fluxo turbulento onde as linhas de correntes se cruza m de forma muito complexa. Na Figura mostra uma reprodução das técnicas feitas por Reynolds d os movimentos por ele estudados como: laminar, transição e turbulento. Essa última condição mostra que o movimento turbulento é, na verdade, traje tórias irregulares, com movimento imprevisíveis, isto é composto por um conjunto de redemoinhos.
Reynolds comprovou que a transição laminar para a turbulenta acontecia em um determinado número de Re que foi denominado como crítico, que não era único, mas que poderia sofrer algumas alterações devido ao grau de perturbações pressentes, levando em conta que pode aparecer um outro movimento com propriedades intermediárias, ou seja, nem laminar ou turbulenta , um movimento chamado de transição. Uma maneira pela qual podemos identificar se o fluxo é laminar ou turbulento é utilizando o número de Reynolds, que se o número for menor que 2 mil o regime de escoamento será laminar e se o número for maior que 4 mil o regime de escoamento será turbulento. 
1.1 Aplicações e Tubos de seção circular e outras geometrias
· APLICAÇÕES
Os números de Reynolds são bastante utilizados para classificar a estabilidade de um escoamento, mostrando assim as variações que os fluidos se movimentam, por tanto é um número que possui uma quantidade sem dimensões, relacionando três fatores: a Velocidade do Fluxo a Viscosidade cinemática do fluido e comprimento característico.
· ESCOAMENTO EM TUBOS DE SEÇÃO CIRCULAR
Para fazer a análise do escoamento tubular, Reynolds faz algumas suposições, são elas: a massa específica e a viscosidade são constantes para todo o escoamento, não há interação térmica, as condições de entrada e saída do tubo são conhecidas, as equações devem ser resolvidas para velocidade e pressão, e a condição de não-escorregamento nas paredes do duto deve ser imposta.
 Assim, compreende-se que no escoamento interno, as forças de pressão realizam trabalho ao conduzir o fluido, trabalho esse que é contrabalanceado pela dissipação viscosa relacionada a tensão de cisalhamento na parede do tubo. Tais questões influenciam diretamente à perda de carga da tubulação e à tensão cisalhante na parede do duto, se fazendo necessário estudos mais aprofundados dessas grandezas. Assim sendo, para determinar o valor de perda de carga do escoamento em uma determinadaregião da tubulação, ∆𝑃, a equação mais utilizada é a chamada equação de Darcy-Weisbachita desenvolvida por volta de 1840. Essa é descrita pela equação:
Em termos do fator de atrito para o regime laminar, esse é inversamente proporcional ao número de Reynolds, possuindo uma equação bem definida se tratando de tubos circulares. Equação:
· OUTRAS GEOMETRIAS
Quando se trata de escoamentos internos com seções transversais não circulares, é necessário fazer ajustes principalmente no método de análise utilizado. O equacionamento para escoamento laminar são exemplos de pontos que necessitam de alterações quando tal geometria é modificada. Essa alteração se inicia no número de Reynolds, onde para escoamentos internos em dutos não-circulares, essa passa a ser baseado no diâmetro hidráulico que é definido por ser a razão entre o quádruplo da área de passagem e o perímetro da mesma, conforme a equação:
Assim, o fator de atrito torna-se dependente do número de Reynolds e da rugosidade relativa baseados no diâmetro hidráulico.