Mecânica dos Fluidos

Mecânica dos Fluidos
Unidade 1Propriedades Básicas
dos Fluidos
Quais as diferenças fundamentais
entre fluido e sólido?
z
z
Fluido é mole e
deformável
Sólido é duro e muito
pouco deformável
Os conceitos anteriores estão
corretos!
Porém não foram
expresso em uma
linguagem científica e
nem tão pouco
compatível ao dia a dia
da engenharia.
Passando para uma linguagem
científica:
A diferença fundamental entre sólido e fluido está
relacionada com a estrutura molecular, já que para o
sólido as moléculas sofrem forte força de atração, isto
mostra o quão próximas se encontram e é isto também
que garante que o sólido tem um formato próprio, isto já
não ocorre com o fluido que apresenta as moléculas com
um certo grau de liberdade de movimento, e isto garante
que apresentam uma força de atração pequena e que
não apresentam um formato próprio.
Primeira classificação dos fluidos:
Líquidos – apesar de não
ter um formato próprio,
apresentam um volume
próprio, isto implica que
podem apresentar uma
superfície livre.
Primeira classificação dos fluidos
(continuação):
Gases e vapores – além de
apresentarem forças de
atração desprezível, não
apresentarem nem um
formato próprio e nem
um volume próprio, isto
implica que ocupam todo
o volume a eles
oferecidos.
Outro fator importante 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
Outro fator importante na diferenciação
entre sólido e fluido (continuação):
Já os sólidos, a serem
solicitados por esforços,
podem resistir, deformar-se
e ou até mesmo cisalhar.
Princípio de aderência observado
na experiência das duas placas:
As partículas fluidas em contato com uma superfície
sólida têm a velocidade da superfície que encontram em
contato.
F
v
v = constante
V=0
Gradiente de velocidade:
dv
dy
representa o estudo da variação da velocidade no
meio fluido em relação a direção mais rápida desta
variação.
y
v
v = constante
V=0
Dando continuidade ao nosso estudo,
devemos estar aptos a responder:
Quem é maior 8 ou 80?
Para a resposta anterior ...
Deve-se pensar em definir a grandeza
qualitativamente e quantitativamente.
Qualitativamente – a grandeza será definida pela
equação dimensional, sendo esta constituída
pela base MLT ou FLT, e onde o expoente indica
o grau de dependência entre a grandeza
derivada e a grandeza fundamental (MLT ou
FLT)
A definição quantitativa depende
do sistema de unidade considerado
Por exemplo, se considerarmos o
Sistema Internacional (SI) para a
mecânica dos fluidos, temos como
grandezas fundamentais:
M – massa – kg (quilograma)
L – comprimento – m (metro)
T – tempo – s (segundo)
As demais grandezas são denominadas
de grandezas derivadas:
F – força – N (newton) – [F] = (M*L)/T2
V – velocidade – m/s – [v] = L/T
dv/dy – gradiente de velocidade – hz ou 1/s
⎡ dv ⎤ LT
1
-1
T
=
=
=
⎢ dy ⎥
L
T
⎣ ⎦
-1
Um outro sistema bastante
utilizado até hoje é o MK*S
Nele as grandezas fundamentais adotadas para
o estudo de mecânica dos fluidos são:
F – força – kgf – (1 kgf = 9,8 N)
L – comprimento – m – metro
T – tempo – s (segundo)
Algumas grandezas derivadas no
MK*S:
F× T2
M – massa – utm (1 utm = 9,8 kg) – M =
L
ρ - massa específica kg/m³ -
M F× T
ρ= 3=
L
L4
2
Lei de Newton da viscosidade:
Para que possamos entender o valor desta lei, partimos
da observação de Newton na experiência das duas
placas, onde ele observou que após um intervalo de
tempo elementar (dt) a velocidade da placa superior era
constante, isto implica que a resultante na mesma é zero,
portanto isto significa que o fluido em contato com a
placa superior origina uma força de mesma direção,
mesma intensidade, porém sentido contrário a força
responsável pelo movimento. Esta força é denominada
de força de resistência viscosa - Fµ
Determinação da intensidade da
força de resistência viscosa:
Fµ = τ × A contato
Onde τ é a tensão de cisalhamento que será
determinada pela lei de Newton da
viscosidade.
Enunciado da lei de Newton da
viscosidade:
“A tensão de cisalhamento é diretamente
proporcional ao gradiente de velocidade.”
dv
τα
dy
Constante de proporcionalidade da
lei de Newton da viscosidade:
A constante de proporcionalidade da lei de Newton
da viscosidade é a viscosidade dinâmica, ou
simplesmente viscosidade - µ
dv
τ = µ×
dy
A variação da viscosidade é muito
mais sensível à temperatura:
z
z
Nos líquidos a viscosidade é diretamente
proporcional à força de atração entre as
moléculas, portanto a viscosidade diminui com
o aumento da temperatura.
Nos gases a viscosidade é diretamente
proporcional a energia cinética das moléculas,
portanto a viscosidade aumenta com o
aumento da temperatura.
Segunda classificação dos fluidos:
zFluidos
newtonianos – são aqueles que
obedecem a lei de Newton da viscosidade;
zFluidos
não newtonianos – são aqueles que
não obedecem a lei de Newton da viscosidade.
Observação: só estudaremos os fluidos newtonianos
Para o nosso próximo encontro:
1.
2.
Desconfiando que a gasolina utilizada no
motor de seu carro está adulterada, o que
você faria para confirmar esta desconfiança?
(esta deve ser entregue no início do próximo
encontro)
Para se calcular o gradiente de velocidade o
que se deveria conhecer? (esta representará
o início do próximo encontro)