Aula 3 - TQM - UFMT

UFMT- UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CUA - CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA
ICET - INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
Conceitos Fundamentais – parte II
Prof. Marco Donisete de Campos
[email protected]
Tensão Superficial
Na interface de um líquido com um gás, ou entre
dois líquidos imiscíveis, existem forças que fazem
com que a superfície do líquido se comporte como
uma membrana esticada sobre a massa fluida.
Apesar dessa membrana não existir,a analogia
conceitual nos permite explicar muitos fenômenos
observados experimentalmente.
Tensão Superficial (cont.)
Assim, tensão superficial é a tensão interfacial
aparente (força por unidade de comprimento da
interface) agindo num líquido que tem uma
interface de massa específica, como nos casos de
um líquido em contato com um gás, vapor, ou outro
líquido, ou sólido.
A tensão superficial é provocada pelo desbalanço
das forças coesivas que atuam nas moléculas de
líquido que estão próximas à superfície do fluido. As
moléculas que estão no interior da massa de fluido
estão envolvidas por outras moléculas que se
atraem mutuamente e igualmente. Entretanto, as
moléculas posicionadas na região próxima à
superfície estão sujeitas a forças líquidas que
apontam para o interior. A conseqüência física
aparente deste desbalanceamento é a criação da
membrana hipotética.
Tensão Superficial
As forças unem
as moléculas de água
No seio do líquido, cada
molécula está rodeada
por outras e as forças se
compensam
A intensidade da atração molecular por unidade de
comprimento ao longo de qualquer linha da
superfície é denominada tensão superficial e
designada por . A tensão superficial é uma
propriedade do líquido e depende da temperatura,
bem como do outro fluido que está em contato com o
líquido. A dimensão da tensão superficial é FL-1
sendo que, no SI, é medida em N/m.
Escoamentos Viscosos e Não-Viscosos
Um escoamento de fluido pode ser genericamente
classificado como um escoamento viscoso ou nãoviscoso.
Um escoamento não-viscoso (ou inviscído) é aquele
no qual os efeitos da viscosidade não influenciaram
significativamente o escoamento e são, portanto,
desprezados. Neles, a viscosidade do fluido, , é
considerada igual a zero.
Os fluidos com viscosidade nula não existem;
entretanto, há muitos problemas nos quais a
hipótese de inexistência de forças viscosas
simplifica a análise e, ao mesmo tempo, leva a
resultados significativos.
Escoamentos Viscosos e Não-Viscosos (cont.)
Num escoamento viscoso, os efeitos da viscosidade
são importantes e não podem ser desprezados.
Viscosidade
É o equivalente ao
atrito em dinâmica dos
fluidos. Desprezando
a viscosidade não há
dissipação e podemos
invocar a conservação
de
energia
na
descrição da dinâmica.
A velocidade de nucleação de gotas de um líquido depende da viscosidade do mesmo
http://www.nasa.gov/lb/missions/science/16oct_viscosity.html
Escoamentos Laminar e Turbulento
Segundo a sua estrutura, um regime de
escoamento pode ser classificado em laminar ou
turbulento.
No regime laminar a estrutura do escoamento é
caracterizada pelo movimento suave em lâminas ou
camadas.
Não há mistura macroscópica
adjacentes do fluido.
de
camadas
Turbulência:
Número de Reynolds:

Re  vL 
 
• Se Re < 2000 o fluxo é laminar
• Se Re > 2000 o fluxo é turbulento
Comprimento característico: diâmetro de um tubo,...
Número de
Regimes
deReynolds
escoamento
- Laminar
  V D
Forças de inércia
Transição
Re =
=
 - Turbulento
Forças viscosas
 V


D
...experiência de Reynolds.
Número de Reynolds
Re =
  V D

=
Forças de inércia
Forças viscosas
Regime laminar:
turbulento:
de transição:
ReRe
<2300
2300
> 4000
< Re < 4000
...experiência de Reynolds.
Experimento de Reynolds
http://www.mnhn.fr/mnhn/lop/seconde/fiches/turbulence.html
Velocidade aumenta,
número de Reynolds aumenta,
Fluxo passa a ser turbulento
escoamento turbulento
escoamento laminar
Variação da velocidade axial com o tempo
Velocidade
Sonda
Regime turbulento
Regime laminar
Tempo
Escoamentos Compressível e Incompressível
Escoamentos em que as variações na massa
específica são desprezíveis denominam-se
incompressíveis; quando as variações de massa
específica não são desprezíveis, o escoamento é
chamado de compressível.
O exemplo mais comum de escoamento
compressível diz respeito aos gases; por outro lado,
os escoamentos de líquidos podem ser
freqüentemente tratados como incompressíveis.
Escoamentos Internos e Externos
Escoamentos completamente envoltos
por superfícies sólidas são chamados internos.
Escoamentos sobre corpos imersos num
fluido não-contido são denominados externos.
Tanto o escoamento interno quanto o
externo podem ser laminares ou turbulentos,
compressíveis ou incompressíveis.