Apresentação mecanica dos fluidos

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DENIS DE MATOS DINIZ
MECANICA DOS FLUIDOS
UNIDADE CURRICULAR: Mecânica de Fluidos 
CARGA HORÁRIA: 24h 
CONTEÚDO FORMATIVO:
Hidrostática;
Pressão hidrostática
Lei de Arquimedes
Lei de Pascal
Fluidos - Propriedades físicas
Vazão: Volumétrica e Mássica
Viscosidade
Tipos de Escoamento: Laminar e Turbulento
Escoamento de Fluidos
Princípio da Conservação de Energia
Perda de Carga: Conceito, Rugosidade; Acidentes
Leis da hidrodinâmica.
MECANICA DOS FLUIDOS
HIDROSTÁTICA
MECANICA DOS FLUIDOS
A Hidrostática é uma área da física que estuda os líquidos que estão em repouso. Esse ramo envolve diversos conceitos como a densidade, a pressão, o volume e a força empuxo.
DENSIDADE (d)
MECANICA DOS FLUIDOS
 
DENSIDADE (d)
MECANICA DOS FLUIDOS
DENSIDADE (d)
MECANICA DOS FLUIDOS
Pressão (P)
MECANICA DOS FLUIDOS
 
Pressão (P)
MECANICA DOS FLUIDOS
Empuxo (E)
MECANICA DOS FLUIDOS
O empuxo ou Lei de Arquimedes, é uma força hidrostática que atua em um corpo que está imerso em um fluido. Dessa forma a força empuxo é a força resultante exercida pelo fluido sobre determinado corpo.
Empuxo (E)
MECANICA DOS FLUIDOS
Empuxo (E)
MECANICA DOS FLUIDOS
 
Empuxo (E)
MECANICA DOS FLUIDOS
Lei de Stevin
MECANICA DOS FLUIDOS
 
Lei de Stevin
MECANICA DOS FLUIDOS
Lei de Pascal
MECANICA DOS FLUIDOS
 
Lei de Pascal
MECANICA DOS FLUIDOS
Fluidos
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
Fluidos são substâncias que tem a capacidade de fluir (escoar) e não possui estruturas cristalinas. Os líquidos e os gases são definidos como fluidos.
O conceito de fluido é toda e qualquer substância que sofre tensão de cisalhamento.
A tensão de cisalhamento é uma força paralela à superfície que provoca uma deformação constante.
Fluidos
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
Fluidos Líquidos
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
Os líquidos são fluidos com volume definido, praticamente incompressível e tem forma indefinida (adquire a forma do recipiente em que está).
Fluidos Gases
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
Os gases são fluidos com forma e volume indefinidos. Tem variação de volume sob a variação de pressão.
Massa especifica (ρ)
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
 
Massa especifica (ρ)
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
ρ = d
ρ > d
Peso especifico (γ)
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
 
Densidade Relativa
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
 
Densidade Relativa
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
Viscosidade dinâmica (µ)
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
A viscosidade dinâmica é uma propriedade interna do fluido, podemos pensar como um tipo de tenacidade. Ela é a resistência das moléculas a tensão de cisalhamento ou escoamento. 
A tensão de cisalhamento força as moléculas a se moverem, a viscosidade é o “atrito” que vai contra esse movimento.
Viscosidade dinâmica (µ)
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
A viscosidade dinâmica depende da substância e da temperatura.
Em líquidos a viscosidade dinâmica diminui bastante com o aumento da temperatura 
Em gases a viscosidade dinâmica aumenta com o aumento da temperatura 
As unidades de medida da viscosidade dinâmica são:
MKS – Hgf.s.m-2
SI – N.s.m-2
CGS – dina.cm-2 = poise
Viscosidade cinemática (ν)
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
 
Efeitos externos sobre a viscosidade
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
A viscosidade dos fluidos pode ser alterada através de:
a)	Efeito da temperatura
b)	Efeito da pressão
c)	Efeito da agitação
Efeitos externos sobre a viscosidade
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
a)	Efeito da temperatura - a viscosidade dos líquidos diminui com o aumento da temperatura, pois diminui a coesão entre as moléculas do líquido. A viscosidade dos gases aumenta com a temperatura, porque aumenta a atividade molecular gerando uma resistência ao escoamento.
Efeitos externos sobre a viscosidade
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
b)	Efeito da pressão - A viscosidade a baixas pressões, não apresenta dependência. A variação de viscosidade a altas pressões está relacionada com a composição, uma vez que alguns produtos sofrem redução de viscosidade, enquanto outros aumentam.
Efeitos externos sobre a viscosidade
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
c)	Efeito da agitação - certos líquidos sofrem acentuada redução de viscosidade quando submetidos à agitação intensa, sendo por isso chamados de tixotrópicos. Por exemplo: colas, sabões, etc.
Os líquidos tem comportamento inverso, por isso são chamados de dilatantes. Por exemplo: pasta de argila e compostos de açúcar.
Solubilidade dos gases em líquidos 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
 
Solubilidade dos gases em líquidos 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
Uma das implicações na indústria a que pode ser a causa do desprendimento de ar e aparecimento de bolhas de ar nos pontos altos da tubulação.
Um exemplo disso é a água com gás. Quando a garrafa está fechada percebemos poucas bolhas na garrafa, mas quando a garrafa é aberta as bolhas aparecem, a pressão interna se iguala a pressão atmosférica. Logo menos gás dissolvido.
Um outro exemplo é a Adução de água. Em pontos altos menor pressão e acumulo de ar impedem o escoamento.
Vazão (Q) 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
É a quantidade de fluido que passa por uma tubulação ou equipamento por unidade de tempo.
A vazão pode ser definida de duas formas a mássica e a volumétrica.
Vazão (Q) 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
 
Vazão (Q) 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
 
Pressão de Vapor 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
A pressão de vapor é a pressão que ocorre quando há o equilíbrio entre a passagem da fase liquida para a gasosa e da gasosa para a liquida, sempre em um recipiente fechado. (equilíbrio)
A pressão de vapor depende da temperatura
Uma das aplicações mais praticas para a pressão de vapor na indústria é na cavitação em bombas e também em caldeiras.
Pressão Absoluta 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
É a pressão medida acima do vácuo perfeito ou zero absoluto, ou seja, qualquer pressão. As medições barométricas são pressões absolutas. Pressões absolutas são largamente usadas para medir pressões muito baixas (vácuo), pressão atmosférica, e em trabalhos científicos. Pressão absoluta é usada para medir temperaturas de ebulição de substâncias sendo destiladas.
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Pressão Manométrica 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
A pressão manométrica é a pressão medida e indicada em instrumentos chamados manômetros. Estes instrumentos medem e indicam a diferença de pressão entre o interior de um equipamento ou tubulação e o meio externo (atmosfera).
Pressão Efetiva 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
 
Pressão Hidrostática 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
É simplesmente a pressão exercida por um líquido (normalmente água) devido ao seu peso e altura relativa, sobre a área na base da coluna. Quando mergulhamos na água, a pressão que sentimos nos ouvidos e a pressão hidrostática exercida pela coluna de água acima de nós. Por exemplo, se mergulhamos em uma piscina e permanecemos a 2 metros de profundidade, a pressão sobre o corpo é a soma da pressão atmosférica mais os 2 metros de coluna de água. A pressão hidrostática pode ser produzida também por bombas.
Pressão Diferencial 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
É a diferença de pressão entre 2 pontos. Quando medimos pressão diferencial, a diferença em pressão é normalmente pequena. Por esta razão é necessário usar um tipo especial de manômetros chamados manômetros de pressão diferencial, cujo mais simples é tubo em U, que é feito apenas de um tubo de vidro na forma de um U, graduado, e parcialmente cheio de um líquido, normalmente água ou mercúrio. A figura abaixo, ilustra o funcionamento de um tubo em U.
Pressão de Escoamento 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
A pressão envolvida em um escoamento de fluidos pode se apresentar em dois tipos: 
A - Pressão estática – é a pressão exercida pela coluna de fluido. Por exemplo: pressãono fundo de um tanque ou reservatório de água.
B - Pressão de velocidade – é a pressão exercida pelo fluido se movimentando em um certo sentido. A pressão de velocidade de líquidos em tubulação é geralmente muito pequena em relação à pressão estática.
Pressão de Escoamento 
PROPRIEDADES FÍSICA DOS FLUIDOS
Pode-se transformar pressão estática em pressão de velocidade e vice-versa. Ex: em casa, quando abrimos a torneira de uma pia, a água escoa, porque uma parte da pressão estática da coluna d'água (da pia até o tanque) se transforma em pressão de velocidade; bombas e compressores centrífugos fazem o inverso, ou seja, no seu interior aumentam muito a velocidade dos fluidos para depois na saída transformarem parte dessa velocidade em pressão estática.
 
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
Os escoamentos são classificados conforme 5 critérios: movimentação das camadas de fluidos, variação pontual das propriedades, variação da velocidade de em função do tempo, número de fases, e compressibilidade do fluido. Quanto à movimentação das camadas, os fluidos escoam basicamente de duas formas: escoamento laminar e escoamento turbulento.
 Escoamento Laminar
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
O fluido se move em camadas sem que haja mistura de camadas e variação de velocidade. As partículas se movem de maneira ordenada, mantendo sempre a mesma posição relativa. O escoamento laminar através de uma tubulação longa e de diâmetro uniforme ocorre quando é mantida uma velocidade constante de escoamento. Dessa forma, notam-se camadas laminares em escoamento, todas elas paralelas ao eixo central da tubulação e em posição horizontal. Não há deslocamento transversal de partículas fluidos e as camadas não se misturam. O escoamento laminar é característico de fluidos muito viscosos, a pequenas velocidades e em tubulações de grande diâmetro. Esse escoamento também recebe o nome de escoamento estacionário.
 Escoamento Laminar
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
 Escoamento Turbulento
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
É quando as partículas se movimentam desordenadamente, ocupando diferentes posições relativas em sucessivas seções transversais da tubulação. Este tipo de escoamento é caracterizado pelo movimento das partículas entrecruzando-se umas com as outras, e com velocidade irregular. O escoamento turbulento apresenta as seguintes vantagens: permite uma maior homogeneização de produtos na tubulação e facilitar troca de calor nos permutadores e fornos.
O aumento da velocidade de escoamento leva o escoamento laminar a se transformar em turbulento. O escoamento da água e soluções aquosas nas indústrias é quase sempre turbulento devido às velocidades e diâmetros normalmente utilizados. A natureza de um escoamento, ou seja, se é turbulento ou laminar e a sua posição relativa numa escala de turbulência é indicada pelo número de Reynolds. Esse escoamento também recebe o nome de escoamento não-estacionário.
 Escoamento Turbulento
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
 Número de Reynolds
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
 
 
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
O escoamento de fluidos é influenciado pelos seguintes fatores em ordem de importância: velocidade de escoamento, diâmetro da tubulação, viscosidade e densidade do fluido.
 Quanto a variação pontual das propriedades
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
1- Escoamento permanente - É quando as propriedades em cada ponto não variam em função do tempo, podendo variar de um ponto para outro.
 Quanto a variação pontual das propriedades
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
2 - Escoamento transitório - É quando as propriedades em cada ponto variam em função do tempo.
 Quanto a variação pontual das propriedades
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
3 - Escoamento uniforme - É quando a velocidade (vazão) não muda com o tempo, ou seja, o sistema está operando em regime estacionário.
4 - Escoamento não-uniforme - É quando a velocidade (vazão) muda com o tempo, ou seja, o sistema está operando em regime transiente.
 Quanto a variação pontual das propriedades
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
5 - Escoamento monofásico - É quando o fluido escoa em apenas uma única fase. Líquido ou gasosa.
6 - Escoamento bifásico - É quando o fluido está em duas fases. Líquido e vapor. Na figura abaixo ilustramos a geração de vapor em uma caldeira tubular, onde a água é alimentada em estado líquido e através de aquecimento é transformada em vapor. Os trechos A e C, representam escoamento monofásico. O trecho B representa escoamento bifásico.
 Quanto a variação pontual das propriedades
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
6 - Escoamento compressível e incompressível
De um modo geral, o escoamento de líquidos é incompressível, por que não há variação de volume no sistema e a massa específica é constante. O escoamento de gases e vapores compressível por que há variação do volume e da massa específica.
 Escoamento de líquidos
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
Independentemente dos 5 critérios visto antes, é importante também o conhecimento de como os líquidos escoam. Um líquido exerce pressão sobre as paredes do recipiente que o contém e por isso pode escoar por um orifício no recipiente. Assim, um líquido pode ser transferido de um local para o outro se houver uma tubulação adequada e o escoamento será no sentido do nível mais alto para o nível mais baixo. Este fenômeno é chamado transferência por gravidade, conforme ilustrado abaixo. Os tanques contêm água e estão ligados por uma tubulação; a diferença de nível entre os dois tanques permite a transferência por gravidade de toda a água do tanque "A" para o tanque o caso típico do abastecimento de água de uma cidade com reservatórios elevados sem usar bombas. A figura a seguir ilustra a transferência por gravidade.
 Escoamento de líquidos
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
 Escoamento de líquidos
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
 Escoamento de líquidos
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
 Escoamento de líquidos
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
 Escoamento de gases
 ESCOAMENTO DE FLUIDOS
Os princípios que regem o escoamento dos gases são fundamentalmente os mesmos dos líquidos. Assim a transferência por diferença de pressão, também se aplica aos gases e, quando este princípio não poder ser aplicado usa-se o compressor, que como a bomba para os líquidos aumenta a pressão do gás para que este vença a resistência ao escoamento. Bombas e compressores são equipamentos iguais essencialmente. As diferenças são devido as seguintes características dos gases: compressibilidade, expansibilidade e difusão. Os gases são fluidos compressíveis. Sob pressões elevadas os líquidos podem ser comprimidos, porém esta variação de volume é pouco significativa em termos práticos.
 
 PERDA DE CARGA
É a queda de pressão que um fluido sofre durante o escoamento em uma tubulação ou equipamento, devido ao atrito entre o fluido e a tubulação ou equipamento. Na figura abaixo, o manômetro P1 indica maior pressão estática que P2 podendo-se determinar uma certa perda de carga (δP ou variação de pressão) referente ao comprimento L da tubulação
 
 PERDA DE CARGA
A perda de carga em tubulações é determinada pelos seguintes fatores:
 
a) comprimento, rugosidade, diâmetro e acidentes de tubulação;
b) viscosidade e densidade do fluido;
c) vazão.
 
 PERDA DE CARGA
A Tabela abaixo mostra o que ocorre com a perda de carga ao se dobrar o valor dos fatores que a influenciam, mantendo constantes os demais.
 
De acordo com a tabela, o fator de maior influencia é o diâmetro uma vez que ao se dobrar o diâmetro mantendo constantes os demais fatores, a perda de carga diminui cerca de 32 vezes.
 
 PERDA DE CARGA
A perda de carga em equipamentos é influenciada pelos mesmos fatores que a perda em tubulações. Um trocador de calor precisa de turbulência para melhorar a sua troca de calor, implicando altas perdas de carga. Filtros, por terem pequena área para escoamento também provocam altas perdas de carga. De forma geral, numa indústria, as maiores perdas de carga são referentes aos equipamentos e válvulas de controle, automático do quepelas tubulações.
 
 EQUAÇÃO DE BERNOULLI
 
 
 EQUAÇÃO DE BERNOULLI
 
 
 EQUAÇÃO DE BERNOULLI
O termo perdas representa as perdas de energia (perda de carga) durante o escoamento, principalmente devido ao atrito com a tubulação e camadas de fluidos. A energia perdida ao longo da linha não desaparece. Apenas transforma-se em outra forma de energia. Calor, por exemplo, podendo-se observar um aquecimento do fluido. A perda de carga geralmente é expressa unidades de comprimento de coluna de líquido.
 
 EQUAÇÃO DE BERNOULLI
EX:
numa linha de 4” de diâmetro são bombeados 500 l/h de água a 25oC. A linha está na horizontal e as pressões de entrada e saída são dadas.
 
 TUBULAÇÕES (ACESÓRIOS)
Curvas e Joelhos
T’s, peças em Y, cruzetas, selas e anéis de reforço
 
 TUBULAÇÕES (ACESÓRIOS)
Buchas e reduções
luvas, uniões, niples e flanges
 
 
 
 TUBULAÇÕES (ACESÓRIOS)
Caps, bujões e flanges cegos 
Raquetes 
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