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aula 1 - Introdução à mecânica dos fluidos - 2019

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8/8/2019
UNIFEB
Fenômenos de Transporte
Mecânica dos Fluidos – Aula 1
Introdução
Propriedades Básicas dos
Fluidos
Prof. Antonio Batista de Oliveira Jr
Introdução


Introdução

Mecânica: Ciência que estuda o equilíbrio e o
movimento de corpos sólidos, líquidos e
gasosos, bem como as causas que provocam
este movimento;

Em se tratando somente de líquidos e gases,
que são denominados fluidos, recai-se no ramo
da mecânica conhecido como Mecânica dos
Fluidos.
Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
Mecânica dos Fluidos: Ciência que trata do
comportamento dos fluidos em repouso e em
movimento. Estuda o transporte de quantidade de
movimento nos fluidos.
O conhecimento e entendimento dos
Exemplos de aplicações:
Mecânica dos Fluidos são essenciais na




O estudo do comportamento de um furacão;
O fluxo de água através de um canal;
As ondas de pressão produzidas na explosão de uma
bomba;
As características aerodinâmicas de um avião
supersônico;
princípios
e
conceitos
básicos
da
análise e projeto de qualquer sistema no
qual um fluido é o meio atuante.
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Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
O projeto de todos os meios de transporte requer a
aplicação dos princípios de Mecânica dos Fluidos.
Exemplos:
 as asas de aviões para vôos subsônicos e
supersônicos
 máquinas de grande efeito
 aerobarcos
 pistas inclinadas e verticais para decolagem
 cascos de barcos e navios
 projetos de submarinos e automóveis
Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?



Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?






Projeto de carros e barcos de corrida (aerodinâmica);
Sistemas de propulsão para vôos espaciais;
Sistemas de propulsão para fogos de artifício;
Projeto de todos os tipos de máquinas de fluxo
incluindo bombas, separadores, compressores e
turbinas;
Lubrificação;
Sistemas de aquecimento e refrigeração para
residências particulares e grandes edifícios
comerciais;
Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma
(1940) evidencia as possíveis conseqüências que
ocorrem, quando os princípios básicos da Mecânica
dos Fluidos são negligenciados;
A ponte suspensa apenas 4 meses depois de ter sido
aberta ao tráfego, foi destruída durante um vendaval;
Inicialmente, sob a ação do vento, o vão central pôsse a vibrar no sentido vertical, passando depois a
vibrar torcionalmente, com as torções ocorrendo em
sentido oposto nas duas metades do vão. Uma hora
depois, o vão central se despedaçava.
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Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?


O sistema de circulação do sangue no corpo humano
é essencialmente um sistema de transporte de fluido
e como conseqüência o projeto de corações e
pulmões artificiais são baseados nos princípios da
Mecânica dos Fluidos;
O posicionamento da vela de um barco para obter
maior rendimento com o vento e a forma e superfície
da bola de golfe para um melhor desempenho são
ditados pelos mesmos princípios.
Importância


Até o início do século o estudo dos fluidos foi
efetuado essencialmente por dois grupos –
Hidráulicos e Matemáticos;

Os Hidráulicos trabalhavam de forma empírica,
enquanto os Matemáticos se concentravam na
forma analítica;

Posteriormente tornou-se claro para pesquisadores
eminentes que o estudo dos fluidos deve consistir em
uma combinação da teoria e da experiência;
Importância
Nos problemas mais importantes, tais como:








Aceno Histórico
Produção de energia
Produção e conservação de alimentos
Obtenção de água potável
Poluição
Processamento de minérios
Desenvolvimento industrial
Aplicações da Engenharia à Medicina
Desta forma, torna-se importante o
conhecimento global das leis tratadas no
que
se
denomina
Fenômenos
de
Transporte.
Sempre aparecem cálculos de:




Perda de carga
Forças de arraste
Trocas de calor
Troca de substâncias entre fases
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Os Fenômenos de Transporte na
Engenharia
Engenharia
Os Fenômenos de Transporte na
Engenharia
Engenharias
Civil e Arquitetura
Sanitária e Ambiental
Constitui a base do estudo de hidráulica e
Estudos da difusão de poluentes no ar, na água e
hidrologia e tem aplicações no conforto térmico
no solo;
Engenharias
em edificações
Alimento e Química
Estudos de transferência de calor e massa em
processos de fabricação de alimentos e destilarias.
Os Fenômenos de Transporte na
Engenharia
Engenharia
Mecânica
Processos
de
tratamento
térmico,
hidráulicas,
Os Fenômenos de Transporte na
Engenharia
Engenharia
usinagem,
processos
cálculo
transferência
de
de
Elétrica e Eletrônica
de
Importante nos cálculos de dissipação de
máquinas
potência, seja nas máquinas produtoras ou
calor
das
transformadoras de energia elétrica, seja na
máquinas térmicas e frigoríficas e Engenharia
otimização
aeronáutica
computadores e dispositivos de comunicação;
do
gasto
de
energia
nos
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Quais as diferenças
fundamentais entre
fluido e sólido?
Passando para uma
linguagem científica:
A diferença fundamental entre sólido e fluido
está relacionada com a estrutura molecular:



Fluido é mole e
deformável
Sólido é duro e
muito pouco
deformável
Fluidos:Líquidos e Gases
Líquidos:
- Assumem a forma dos
recipientes que os
contém;
- Apresentam um volume
próprio (constante);
- Podem apresentar uma
superfície livre;

Sólido: as moléculas sofrem forte força de
atração (estão muito próximas umas das
outras) e é isto que garante que o sólido tem
um formato próprio;

Fluido: apresenta as moléculas com um certo
grau de liberdade de movimento (força de
atração pequena) e não apresentam um
formato próprio.
Fluidos:Líquidos e Gases
Gases e vapores:
-apresentam forças de
atração intermoleculares
desprezíveis;
-não apresentam nem
um formato próprio e
nem um volume próprio;
-ocupam todo o volume
do recipiente que os
contém.
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Teoria Cinética Molecular
Estados Físicos da Matéria
“Qualquer substância pode
apresentar-se sob qualquer dos
três estados físicos
fundamentais, dependendo das
condições ambientais em que se
encontrarem”
Fluidos
Fluidos x Sólidos
De uma maneira geral, o fluido é caracterizado
pela relativa mobilidade de suas moléculas que,
além de apresentarem os movimentos de
rotação e vibração, possuem movimento de
translação e portanto não apresentam uma
posição média fixa no corpo do fluido.
A principal distinção entre sólido e fluido, é pelo
comportamento que apresentam em face às
forças externas.
Por exemplo, se uma força
de compressão fosse usada
para distinguir um sólido de
um fluido,
este último seria inicialmente
comprimido, e a partir de um
certo
ponto
ele
se
comportaria
exatamente como se fosse
um sólido, isto é, seria
incompressível.
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Fatores importantes 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
Fatores importantes na
diferenciação entre sólido
e fluido
Já os sólidos, ao
serem solicitados
por
esforços,
podem
resistir,
deformar-se e ou
até
mesmo
cisalhar.
Fluidos x Sólidos
Fluidos: outra definição
Os sólidos resistem às forças de cisalhamento
até o seu limite elástico ser alcançado (este
valor é denominado tensão crítica de
cisalhamento), a partir da qual experimentam
uma deformação irreversível, enquanto que os
fluidos
são
imediatamente
deformados
irreversivelmente, mesmo para pequenos
valores da tensão de cisalhamento.
Um fluido pode ser definido como
uma
substância
que
muda
continuamente de forma enquanto
existir uma tensão de cisalhamento,
ainda que seja pequena.
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Massas específicas de
alguns fluidos
Propriedades dos fluidos
Massa específica - ρ
ρ (Kg/m3)
Fluido
massa m
ρ=
=
volume V
- É a razão entre a massa do fluido e
o volume que contém essa massa
(pode ser denominada de densidade
absoluta)
Sistema SI............................Kg/m3
Água destilada a 4
Peso específico - γ
γ=
1022 a 1030
Ar atmosférico à pressão
atmosférica e 0 oC
Ar atmosférico à pressão
atmosférica e 15,6 oC
Mercúrio
Petróleo
1,29
1,22
13590 a 13650
880
Propriedades dos fluidos

Relação entre peso específico e
massa específica
W
peso
G
=
volume V
- É a razão entre o peso de um dado fluido e o
volume que o contém;
- O peso específico de uma substância é o seu
peso por unidade de volume;
Sistema SI............................N/m3
1000
Água do mar a 15 oC
Propriedades dos fluidos

oC
γ=
G
W
V
=
m×g
= ρ× g
V
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Propriedades dos fluidos
 Volume
Específico - Vs
Vs= 1/ρ =V/m
- É definido como o volume ocupado
pela unidade de massa de uma
substância, ou seja, é o inverso da
massa específica
Sistema SI............................m3/Kg
Propriedades dos fluidos
Densidade
Relativa - δ (ou Densidade)
Para os líquidos a referência adotada é a
água a 4oC
Sistema SI.....................ρ0 = 1000kg/m3
Propriedades dos fluidos
 Densidade
Relativa - δ (ou
Densidade)
δ=ρ
ρo
É a relação entre a massa específica de
uma substância e a de outra tomada
como referência
Propriedades dos fluidos
Densidade
Relativa - δ (ou Densidade)
Para os gases a referência é o ar atmosférico
a 0oC
Sistema SI................. ρ0 = 1,29 kg/m3
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