Mecnica dos Fluidos

Introduo

Propriedades Bsicas dos Fluidos

Introduo

Mecnica: Cincia que estuda o equilbrio e o movimento de corpos slidos, lquidos e gasosos, bem como as causas que provocam este movimento;Em se tratando somente de lquidos e gases, que so denominados fluidos, recai-se no ramo da mecnica conhecido como Mecnica dos Fluidos.

Introduo

Mecnica dos Fluidos: Cincia que trata do comportamento dos fluidos em repouso e em movimento. Estuda o transporte de quantidade de movimento nos fluidos.Exemplos de aplicaes:O estudo do comportamento de um furaco;O fluxo de gua atravs de um canal;As ondas de presso produzidas na exploso de uma bomba;As caractersticas aerodinmicas de um avio supersnico;

Por que estudar
Mecnica dos Fluidos?

O conhecimento e entendimento dos princpios e conceitos bsicos da Mecnica dos Fluidos so essenciais na anlise e projeto de qualquer sistema no qual um fluido o meio atuante

Por que estudar
Mecnica dos Fluidos?

O projeto de todos os meios de transporte requer a aplicao dos princpios de Mecnica dos Fluidos. Exemplos:

as asas de avies para vos subsnicos e supersnicosmquinas de grande efeitoaerobarcospistas inclinadas e verticais para decolagemcascos de barcos e naviosprojetos de submarinos e automveis

Por que estudar
Mecnica dos Fluidos?

Projeto de carros e barcos de corrida (aerodinmica);Sistemas de propulso para vos espaciais;Sistemas de propulso para fogos de artifcio;Projeto de todos os tipos de mquinas de fluxo incluindo bombas, separadores, compressores e turbinas;Lubrificao;Sistemas de aquecimento e refrigerao para residncias particulares e grandes edifcios comerciais;

Por que estudar
Mecnica dos Fluidos?

O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma (1940) evidencia as possveis conseqncias que ocorrem, quando os princpios bsicos da Mecnica dos Fluidos so negligenciados;A ponte suspensa apenas 4 meses depois de ter sido aberta ao trfego, foi destruda durante um vendaval;Inicialmente, sob a ao do vento, o vo central ps-se a vibrar no sentido vertical, passando depois a vibrar torcionalmente, com as tores ocorrendo em sentido oposto nas duas metades do vo. Uma hora depois, o vo central se despedaava

Por que estudar
Mecnica dos Fluidos?

Por que estudar
Mecnica dos Fluidos?

O sistema de circulao do sangue no corpo humano essencialmente um sistema de transporte de fluido e como conseqncia o projeto de coraes e pulmes artificiais so baseados nos princpios da Mecnica dos Fluidos;O posicionamento da vela de um barco para obter maior rendimento com o vento e a forma e superfcie da bola de golfe para um melhor desempenho so ditados pelos mesmos princpios.

Aceno Histrico

At o incio do sculo o estudo dos fluidos foi efetuado essencialmente por dois grupos Hidrulicos e Matemticos;Os Hidrulicos trabalhavam de forma emprica, enquanto os Matemticos se concentravam na forma analtica;Posteriormente tornou-se claro para pesquisadores eminentes que o estudo dos fluidos deve consistir em uma combinao da teoria e da experincia;

Importncia

Nos problemas mais importantes, tais como:Produo de energiaProduo e conservao de alimentosObteno de gua potvelPoluioProcessamento de minriosDesenvolvimento industrialAplicaes da Engenharia MedicinaSempre aparecem clculos de:Perda de cargaForas de arrasteTrocas de calorTroca de substncias entre fases

Importncia

Desta forma, torna-se importante o conhecimento global das leis tratadas no que se denomina Fenmenos de Transporte.

Quais as diferenas fundamentais entre
fluido e slido?

Fluido mole e deformvelSlido duro e muito pouco deformvel

Passando para uma linguagem cientfica:

A diferena fundamental entre slido e fluido est relacionada com a estrutura molecular:Slido: as molculas sofrem forte fora de atrao (esto muito prximas umas das outras) e isto que garante que o slido tem um formato prprio;Fluido: apresenta as molculas com um certo grau de liberdade de movimento (fora de atrao pequena) e no apresentam um formato prprio.

Fluidos:Lquidos e Gases

Lquidos:

- Assumem a forma dos recipientes que os contm;

Apresentam um volume prprio (constante);

Podem apresentar uma superfcie livre;

Fluidos:Lquidos e Gases

Gases e vapores:

-apresentam foras de atrao intermoleculares desprezveis;

no apresentam nem um formato prprio e nem um volume prprio;

ocupam todo o volume do recipiente que os contm.

Teoria Cintica Molecular

Qualquer substncia pode apresentar-se sob qualquer dos trs estados fsicos fundamentais, dependendo das condies ambientais em que se encontrarem

Estados Fsicos da Matria

Fluidos

De uma maneira geral, o fluido caracterizado pela relativa mobilidade de suas molculas que, alm de apresentarem os movimentos de rotao e vibrao, possuem movimento de translao e portanto no apresentam uma posio mdia fixa no corpo do fluido.

Fluidos x Slidos

A principal distino entre slido e fluido, pelo comportamento que apresentam em face s foras externas.

Por exemplo, se uma fora de compresso fosse usada para distinguir um slido de um fluido,

este ltimo seria inicialmente comprimido, e a partir de um certo ponto ele se comportaria

exatamente como se fosse um slido, isto , seria incompressvel.

Fatores importantes na diferenciao entre slido e fluido

O fluido no resiste a esforos tangenciais por menores que estes sejam, o que implica que se deformam continuamente.

F

Fatores importantes na diferenciao entre slido e fluido

J os slidos, ao serem solicitados por esforos, podem resistir, deformar-se e ou at mesmo cisalhar.

Fluidos x Slidos

Os slidos resistem s foras de cisalhamento at o seu limite elstico ser alcanado (este valor denominado tenso crtica de cisalhamento), a partir da qual experimentam uma deformao irreversvel, enquanto que os fluidos so imediatamente deformados irreversivelmente, mesmo para pequenos valores da tenso de cisalhamento.

Fluidos: outra definio

Um fluido pode ser definido como uma substncia que muda continuamente de forma enquanto existir uma tenso de cisalhamento, ainda que seja pequena.

Propriedades dos fluidos

Massa especfica -

a razo entre a massa do fluido e o volume que contm essa massa (pode ser denominada de densidade absoluta)

Propriedades dos fluidos

Massa especfica -

Nos sistemas usuais:

Sistema SI............................Kg/m3

Sistema CGS.........................g/cm3

Sistema MKfS........................Kgf.m-4.s2

Massas especficas de alguns fluidos

Fluido (Kg/m3)gua destilada a 4 oC1000gua do mar a 15 oC1022 a 1030Ar atmosfrico presso atmosfrica e 0 oC1,29Ar atmosfrico presso atmosfrica e 15,6 oC1,22Mercrio13590 a 13650Petrleo880

Propriedades dos fluidos

Peso especfico -

a razo entre o peso de um dado fluido e o volume que o contm.

W

Propriedades dos fluidos

Peso especfico -

Nos sistemas usuais:

Sistema SI............................N/m3

Sistema CGS.........................dines/cm3

Sistema MKfS........................Kgf/m3

Propriedades dos fluidos

Relao entre peso especfico e massa especfica

W

Propriedades dos fluidos

Volume Especfico - Vs

Vs= 1/ =V/W

definido como o inverso do peso especfico

Propriedades dos fluidos

Volume especfico - Vs

Nos sistemas usuais:

Sistema SI............................m3/N

Sistema CGS......................... cm3/dines

Sistema MKfS........................ m3/Kgf

Propriedades dos fluidos

Densidade Relativa - (ou Densidade)

a relao entre a massa especfica de uma substncia e a de outra tomada como referncia

=

o

Propriedades dos fluidos

Densidade Relativa - (ou Densidade)

Para os lquidos a referncia adotada a gua a 4oC

Nos sistemas usuais:

Sistema SI.....................0 = 1000kg/m3 Sistema MKfS ............... 0 = 102 kgf.m-4 .s2

Propriedades dos fluidos

Densidade Relativa - (ou Densidade)

Para os gases a referncia o ar atmosfrico a 0oC

Nos sistemas usuais:

Sistema SI................. 0 = 1,29 kg/m3 Sistema MKfS .............0 = 0,132 kgf.m-4 .s2

Exerccios

1. Determine o peso de um reservatrio de leo que possui uma massa de 825 kg.

2. Se o reservatrio do exemplo anterior tem um volume de 0,917 m3 determine a massa especfica, peso especfico e densidade do leo.

3. Se 6,0m3 de leo pesam 47,0 kN determine o peso especfico, massa especfica e a densidade do fluido

4. Se 7m3 de um leo tem massa de 6.300 kg, calcule sua massa especfica, densidade, peso e volume especfico no sistema (SI). Considere g= 9,8 m/s2

5. Repita o problema anterior usando o sistema MKfS. Compare os resultados.

6. O peso especfico da gua presso e temperatura usuais aproximadamente igual a 9,8 kN/m3. A densidade do mercrio 13,6. Calcule a densidade, a massa especfica e o volume especfico do mercrio, nos sistemas SI e MKfS.

dy

dv

contato

A

F

=

t

m

dy

dv

=

m

t

dy

dv

a

t

V

m

volume

massa

=

=

r

V

G

volume

peso

=

=

g

g

V

g

m

V

G

r

=

=

=

g