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2 Professor – Reginaldo S de Campos Graduado em Física – UFMT Especialista em Didática de Ensino Superior – UNIC regiscampus@gmail.com
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Definição e propriedades dos fluidos; Estática dos fluidos; Cinemática dos Fluidos; Equação da energia para regime permanente; Escoamento permanente de fluido incompressível em condutos forçados; Estudo da Perda de Carga; 3
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São objetivos do curso apresentar e aplicar os conceitos fundamentais da mecânica dos fluidos, incluindo estática dos fluidos, dinâmica dos fluidos, análise integral e diferencial das equações fundamentais do escoamento de fluidos, escoamento de fluidos ideais e viscosos, escoamento interno e externo de fluidos incompressíveis, camada limite, escoamentos laminares e turbulentos, análise dimensional, semelhança, estudo de modelos, medição do escoamento e escoamento de fluidos compressíveis. Estes conceitos serão aplicados à solução de problemas de engenharia, tais como a avaliação de forças sobre superfícies submersas em estática dos fluidos, avaliação das forças resultantes em problemas de dinâmica dos fluidos, análise de escoamentos externos, por exemplo em perfis aerodinâmicos, cálculo de perdas de carga em escoamentos em canalizações e análise de escoamentos compressíveis. Por tanto, ao final do curso, os alunos deverão demonstrar conhecimento dos fundamentos de mecânica dos fluidos estudados, bem como deverão ser capazes de aplicar a teoria e metodologia apresentada para a solução de problemas de mecânica dos fluidos propostos. Tendo em vista a extensão dos assuntos abordados no curso, objetivos mais específicos serão apresentados durante o semestre. 4
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5 1.Definição e propriedades dos fluidos: o Introdução à Mecânica dos Fluídos; o Conceitos Fundamentais e definição de fluido; o Lei de Newton da viscosidade de viscosidade absoluta ou dinâmica simplificação prática; o Massa específica / massa específica relativa; o Peso específico / peso específico relativo; o Viscosidade cinemática; o Fluido ideal; o Fluido ou escoamento incompressível; 2.Estática dos fluidos: o Conceito de pressão; o Teorema de Stevin; o Lei de Pascal; o Carga de pressão; o Escalas de pressão; o Unidades de pressão; o Barômetro; o Medidores de pressão;
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3.Cinemática dos Fluidos: o Regime variado e permanente; o Experiência de Reynolds Regimes de escoamento; o Vazão velocidade média na seção; o Equação da continuidade para regime permanente; 4.Equação da energia para regime permanente: o Equação de Bernoulli; o Equação da energia com a presença de uma máquina no sistema; o Potência da máquina e noção de rendimento; o Equação da energia para fluido real; o Diagrama de velocidades não uniforme na seção; o Interpretação da perda de carga; o Equação da energia para regime permanente;
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5.Escoamento permanente de fluido incompressível em condutos forçados: o Classificação dos condutos; o Raio e diâmetro hidráulico; o Rugosidade; o Classificação das Perdas de Carga; o Estudo da perda de carga distribuída; o Estudo da perda de carga singular; o Experiência de Nikuradse; o Condutos industriais; o Estudo da perda de carga singular; o Instalações de recalque; o Linhas de energia;
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8 Metodologia de Estudo: O conteúdo será apresentado através de aulas expositivas, solução de problemas no quadro, apresentação de vídeos, visitas aos laboratórios e sugestão de listas de exercícios a serem resolvidos. O acesso ao livro texto é essencial para acompanhamento do curso. Os alunos deverão efetuar a leitura do conteúdo no livro e é fundamental a solução de um grande número de problemas para a compreensão e fixação dos conteúdos. A participação dos alunos em aula, resolvendo problemas poderá ser considerada na avaliação. Sendo uma disciplina voltada a apresentação dos fundamentos da Mecânica dos Fluidos, o uso de ferramentas computacionais na abordagem dos problemas não é incluído entre os objetivos do curso, contudo a aplicação de recursos computacionais é recomendável e será incentivada.
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Atividades avaliativas a critério do professor, formalmente informada a turma de acordo com o calendário acadêmico. MÉDIA SEMESTRAL (MS) MS ≥ 6,0 Aprovado
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Em construção !!!! 12
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I NTRODUÇÃO 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;
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P OR QUE ESTUDAR M ECÂNICA DOS F LUIDOS ? fluido 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
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P OR QUE ESTUDAR M ECÂNICA 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
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P OR QUE ESTUDAR M ECÂNICA DOS F LUIDOS ? 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;
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P OR QUE ESTUDAR M ECÂNICA DOS F LUIDOS ? O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma (1940) evidencia as possíveis consequências 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
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P OR QUE ESTUDAR M ECÂNICA DOS F LUIDOS ?
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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.
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F ATOS H ISTÓRICOS 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;
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I MPORTÂNCIA DA M EC. F LUÍDOS 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
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Desta forma, torna-se importante o conhecimento global das leis tratadas no que se denomina Fenômenos de Transporte.
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O S F ENÔMENOS DE T RANSPORTE NA E NGENHARIA Engenharia Civil e Arquitetura Engenharia Civil e Arquitetura Constitui a base do estudo de hidráulica e hidrologia e tem aplicações no conforto térmico em edificações
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Engenharias Sanitária e Ambiental Engenharias Sanitária e Ambiental Estudos da difusão de poluentes no ar, na água e no solo. O S F ENÔMENOS DE T RANSPORTE NA E NGENHARIA
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Engenharia Mecânica Processos de usinagem, processos de tratamento térmico, cálculo de máquinas hidráulicas, transferência de calor das máquinas térmicas e frigoríficas e Engenharia aeronáutica. O S F ENÔMENOS DE T RANSPORTE NA E NGENHARIA
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Engenharia Elétrica e Eletrônica Importante nos cálculos de dissipação de potência, seja nas máquinas produtoras ou transformadoras de energia elétrica, seja na otimização do gasto de energia nos computadores e dispositivos de comunicação;
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Aplicações Residenciais e Comerciais
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Aplicações na Indústria
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Aplicações no Meio Ambiente
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Aplicações na Medicina
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Aplicações nas Fronteiras Tecnológicas
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Definição: Mecânica dos Fluídos é a ciência que estuda o comportamento físico dos fluídos, assim como as leis que regem esse comportamento Objetivos para engenharia: Compreender: 1 – Escoamento de fluidos canais e condutos; 2 – Lubrificação de corpos; 3 – Corpos flutuantes; 4 – Máquinas hidráulicas; 5 – Ventilação; 6 – Aerodinâmicas de corpos;
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O que é fluído? Fluído é uma substância que não uma forma própria, portanto, assume o formato do recipiente.
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“Experiência das duas placas” Os pontos de um fluído, em contato com uma superfície sólida, aderem aos pontos dela, com os quais estão em contato – Principio de aderência.
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fluído é uma substância que, submetida a uma força tangencial constante, não atinge uma nova configuração de equilíbrio estático. Logo, pode-se dizer que: Fluído é uma substância que se deforma continuamente, quando submetida a uma força tangencial constante qualquer ou, em outras palavras, fluído é uma substância que, submetida a uma força tangencial constante, não atinge uma nova configuração de equilíbrio estático.
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Unidades
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Solução
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Fluído ideal é aquele cuja viscosidade é nula. Por essa definição conclui-se que é um fluido que escoa sem perdas de energia por atrito. Fluído incompressível é aquele que seu volume não varia ao modificar a pressão.
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Quando o fluído não puder ser considerado incompressível e, ao mesmo tempo, houver efeitos térmicos, haverá necessidade de determinar as variações de massa especifica ( ρ ) em função da pressão e da temperatura. Supondo que essas considerações, podemos aplicar as equações de estado de um gás ideal
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