Aula 01 e 02 - Propriedade Dos Fluidos Simon
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FENÔMENOS DE TRANSPORTE
ENG. SIMON BOLIVAR
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EMENTA
PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
MANOMETRIA
ESCOAMENTO DOS FLUIDOS REAIS
EQUAÇÕES FUNDAMENTAIS
TRANSFERÊNCIA DE CALOR: CONDUÇÃO, CONVECÇÃO
E RADIAÇÃO TÉRMICA
PRINCÍPIOS BÁSICOS DA TERMODINÂMICA
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BIBLIOGRAFIA
Notas de aula
Manual de Hidráulica – Azevedo Neto
Termodinâmica – Yunus, A. Cengel e Michael A. Boles
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FENÔMENOS DE TRANSPORTE
• Estuda o transporte da quantidade de movimento, transportede massa e transporte de calor dos fluidos.
• Por que estudar Fenômenos de Transporte?
O conhecimento e entendimento dos princípios e conceitosbásicos dos Fenômenos dos Transportes são essenciais naanálise e projeto de qualquer sistema no qual um fluido é omeio atuante.
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DEFINIÇÃO DE FLUIDO
É uma substância que não possui forma própria (assume oformato do recipiente) e que, se em repouso, não resiste atensões de cizalhamento (deforma-se continuamente).
Tensão de cizalhamento (ζ ) é a razão entre a força tangenciale a área da superfície sobre a qual a força está sendo aplicada.
Ft
Fn
Pressão = Fn/A
A
F
ζ = Ft/A
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FLUIDO: LÍQUIDO OU GÁS
LÍQUIDO: VOL. DEFINIDO MAS NÃO PRÓPRIO E SUPERFÍCIE LIVRE
GÁS: SEM VOL. PRÓPRIO E SEM SUPERFÍCIE LIVRE
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FENÔMENOS DOS TRANSPORTES
Aplicações:
Ação de fluidos sobre superfícies submersas. Ex.: barragens.
Equilíbrio de corpos flutuantes. Ex.: embarcações.
Estudos de lubrificação.Cálculo de instalações hidráulicas. Ex.: instalação de recalque.
Cálculo de máquinas hidráulicas. Ex.: bombas e turbinas.
Instalações de vapor. Ex.: caldeiras.
Ação de fluidos sobre veículos
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A escala Rankine é uma escala de temperatura assim chamada em homenagem aoengenheiro e físico escocês William John Macquorn Rankine, que a propôs em 1859
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PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
1 – MASSA (m)
S.I. kg
S.T. u.t.m (unidade técnica de massa)
2 – FORÇA (F) e PESO (W)
• F = massa x aceleração = m.aa = v/t
F = m.v/t
S.I. kg.m/s² = N
S.T. utm.m/s² = kgf
• W = m.g (o peso é definido pelo princípio fundamental da dinâmica -2ªLei de Newton)
S.I. kg.m/s² = N
S.T. utm.m/s² = kgf
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PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
Por definição, 1 kgf é o peso de um corpo (W) de 1 kg submetidaa aceleração da gravidade (g = 9,8 m/s²)
1kgf = 1kg .9,8 m/s² = 9,8 kg.m/s² = 9,8 NPortanto, 1 kgf = 9,8 N e 1 newton de força (N)= 1 kg . 1m/s²
Exemplo: Um corpo pesa 600 N quando submetido à gravidadepadrão da Terra.
a) Qual a sua massa em kg?
b) Qual será o peso desse corpo na Lua (g = 1,62 m/s²)c) Com que rapidez o corpo irá acelerar se uma força de 1500 N
for aplicada a ele na Lua ou na Terra?
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PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
Resp.:
a) F = W = m.g 600 = m.10 m = 60 kg
b) F = Wlua = m.gLua = 60 x 1,62 = 97,2 Nc) 1500 = 60 x a a = 25 m/s² (Essa aceleração seria a mesma
na Terra ou em qualquer outro lugar)
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PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
3 – MASSA ESPECÍFICA (ρ)
ρ = m/V V = volume
S.I. kg/m³
S.T. utm/m³ , mas kgf = utm.m/s²,
logo utm = kgf.s²/m, substituindo utm, vem: kgf.s²/m⁴
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PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
MASSA ESPECÍFICA DA ÁGUA:ρ = 1000 kg/m³ S.I. ρ = 100 kgf.s²/m⁴ S.T. 1kgf = 9,8N=10N e
1N=1kg.1m/s²Kgf.s²/m⁴= 10N.s²/m ⁴ = [(10.1kg.1m/s²)s²]/m ⁴ = 10 kg/m³, logo ρ
= 100 x 10kg/m³ = 1000kg/m3
4 - DENSIDADE RELATIVA (δ)δ = ρ/ ρagua
5 – PESO ESPECÍFICO (
)= W/V = m.g/V mas, m/V = ρ logo, = ρ.g
S.I. N/m³S.T. kgf/m³
Kg.m/s2 = Nouutm.m/s2=kgf
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ou densidade relativa= ρ.g
δ = ρ/ ρagua
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PROPRIEDADE DOS FLUIDOS
EXEMPLO: Um reservatório cilíndrico possui diâmetro de baseigual a 2m e altura de 4m, sabendo-se que o mesmo estátotalmente preenchido com gasolina (ver propriedades naTabela), determine a massa de gasolina presente no
reservatório.
14/08/2012
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E SE FOSSE AGUA? ρ = 1000 kg/m³ m = 12560 kg
Massa específica = massa/volume
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PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
6 – PRESSÃO (P)P = F/A
S.I. N/m² = Pa
S.T. kgf/m²
É muito comum confundir pressão com força. A pressão, no entanto, levaem conta não só a força como também a área em que ela atua.
• Exemplo
Seja um bloco medindo 10 cm x 10 cm x 50 cm que pesa 50 kgf.Qual a pressão que ele exerce sobre o solo?
Isto depende da área de apoio do bloco sobre o solo. Veja as duaspossibilidades abaixo.
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PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
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PROPRIEDADE DOS FLUIDOS
Exemplo: Calcular a pressão exercida pela água sobre o fundodos reservatórios (ver fig.). Lembre-se de que o pesoespecífico da água é de 1.000 kgf/m³.
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PROPRIEDADE DOS FLUIDOS
P = F/APeso específico (
) = W / V = F/VF = .V P = .V/A = .h
F = .V
= F/A
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PROPRIEDADE DOS FLUIDOS
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PROPRIEDADE DOS FLUIDOS
Podemos expressar a pressão em metros de coluna d’água
Portanto, pode-se concluir que as pressões em qualquerponto no interior do líquido não dependem do formato ou dovolume do reservatório.
P = .h
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PROPRIEDADE DOS FLUIDOS
Verificação da fórmula: P = h
Seja um cilindro flutuando na água:
h
O cilindro não afunda porque tem uma força F que o equilibra e
é igual ao seu peso (W)F = W = peso específico = W/V
P.A = .V = .A.h W = . V
P = .h
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Visualize estes eventos:
1. Quanto mais amolada estiver uma faca,menos força é necessário para cortar.
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Visualize estes eventos:
3. Se tentar furar a pele com uma caneta, vaiprecisar de mais força do que com umaagulha.
2
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Visualize estes eventos:
4. Os esquimós usam sapatos com base grandepara não afundar na neve.
3
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Como explicar tudo com um únicoFENÔMENO?
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Veja as explicações:
1. Quanto mais amolada estiver uma faca,menos força é necessário para cortar.
AMOLAR – diminuir a área de contato,maior pressão com pouca força.
Área de contato
Fio de corte dafaca cega
Fio de corte dafaca amolada
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Visualize estes eventos:
3. Se tentar furar a pele com uma caneta, vaiprecisar de mais força do que com umaagulha.
AGULHA – diminuir a área de contato,maior pressão com pouca força.
Área de contato
Ponta da caneta Ponta da agulha
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PROPRIEDADE DOS FLUIDOS
Suponha que eu use uma pressão de 1000 N/m² (1kpa) paracortar algo com uma faca cega com área de 2 cm² e use essamesma pressão com uma faca amolada com área de 1 cm²:
Força necessária na faca cega: 1000 N/m² x 0,0002 m² = 0,2 N
Força necessária na faca amolada: 1000 N/m² x 0,0001 m² =0,1 N
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Visualize estes eventos:
4. Os esquimós usam sapatos com base grandepara não afundar na neve.
SAPATOS DE NEVE – maior área,distribuir força-peso, menor pressão.
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Exemplo
• Pessoa de massa 60kg, pés de 400cm².
– Peso: m.g = 60 x 10 = 600N.
– Pressão no chão: F/A = 600N / 400cm² =
1,5N/cm². – Área em m²: 400cm² = 0,04m².
– Pressão: 600N/0,04m² = 150N/m².
– Ou 150Pa.
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PROPRIEDADE DOS FLUIDOS
7 – VISCOSIDADE ABSOLUTA OU DINÂMICA (μ)
É a propriedade dos fluidos responsável pela resistência ao deslocamento
F α v/y F = μ v/y μ = F/v/y y = distância v = velocidade
S.I. N/m/s/m = N.s/m²
S.T. kgf/m/s/m = kgf.s/m²
8 – VISCOSIDADE CINEMÁTICA ( )
= μ/ ρ ρ = massa específica
S.I m²/s (N.s/m²)/(kg/m³) = kg.m/s²).s/(kg/)m³ = m²/s
S.T. m²/s (kgf.s/m²)/utm/m³ = kgf.s.m/utm
kgf = utm.m/s² logo, [(utm.m/s²).s.m]/utm = m²/s
N kg.m/s²
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FIM