Introdução Propriedades Básicas dos Fluidos Mecânica dos Fluidos Introdução Propriedades Básicas dos Fluidos

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.

Introdução Mecânica dos Fluidos: Ciência que trata do comportamento dos fluidos em repouso e em movimento. Estuda o transporte de quantidade de movimento nos fluidos. Exemplos de aplicações: 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;

Por que estudar Mecânica dos Fluidos? O conhecimento e entendimento dos princípios e conceitos básicos da Mecânica dos Fluidos são essenciais na análise e projeto de qualquer sistema no qual um fluido é o meio atuante

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? 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 pôs-se 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

Por que estudar Mecânica dos Fluidos?

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.

Aceno Histórico 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: Produção de energia Produção e conservação de alimentos Obtenção de água potável Poluição Processamento de minérios Desenvolvimento industrial Aplicações da Engenharia à Medicina Sempre aparecem cálculos de: Perda de carga Forças de arraste Trocas de calor Troca de substâncias entre fases

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

Quais as diferenças fundamentais entre fluido e sólido? Fluido é mole e deformável Sólido é duro e muito pouco deformável

Passando para uma linguagem científica: A diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada com a estrutura molecular: 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 - Assumem a forma dos recipientes que os contém; Apresentam um volume próprio (constante); Podem apresentar uma superfície livre;

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.

Teoria Cinética Molecular “Qualquer substância pode apresentar-se sob qualquer dos três estados físicos fundamentais, dependendo das condições ambientais em que se encontrarem”

Estados Físicos da Matéria

Fluidos 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.

Fluidos x Sólidos 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.

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 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.

Fluidos: outra definição Um fluido pode ser definido como uma substância que muda continuamente de forma enquanto existir uma tensão de cisalhamento, ainda que seja pequena.

Propriedades dos fluidos Massa específica -  É a razão entre a massa do fluido e o volume que contém essa massa (pode ser denominada de densidade absoluta)

Propriedades dos fluidos Massa específica -  Nos sistemas usuais: Sistema SI............................Kg/m3 Sistema CGS.........................g/cm3 Sistema MKfS........................Kgf.m-4.s2

Massas específicas de alguns fluidos  (Kg/m3) Água destilada a 4 oC 1000 Água do mar a 15 oC 1022 a 1030 Ar atmosférico à pressão atmosférica e 0 oC 1,29 Ar atmosférico à pressão atmosférica e 15,6 oC 1,22 Mercúrio 13590 a 13650 Petróleo 880

Propriedades dos fluidos Peso específico -  É a razão entre o peso de um dado fluido e o volume que o contém. W

Propriedades dos fluidos Peso específico -  Nos sistemas usuais: Sistema SI............................N/m3 Sistema CGS.........................dines/cm3 Sistema MKfS........................Kgf/m3

Propriedades dos fluidos Relação entre peso específico e massa específica W

Propriedades dos fluidos Volume Específico - Vs Vs= 1/ρ =V/m É definido como o inverso da massa específica

Propriedades dos fluidos Volume específico - Vs Sistema SI............................m3/Kg

Propriedades dos fluidos Densidade Relativa - δ (ou Densidade) δ =  o 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 líquidos a referência adotada é a água a 4oC Nos sistemas usuais: Sistema SI.....................ρ0 = 1000kg/m3 Sistema MKfS ............... ρ0 = 102 kgf.m-4 .s2

Propriedades dos fluidos Densidade Relativa - δ (ou Densidade) Para os gases a referência é o ar atmosférico a 0oC Nos sistemas usuais: Sistema SI................. ρ0 = 1,29 kg/m3 Sistema MKfS .............ρ0 = 0,132 kgf.m-4 .s2