Fenômenos de

Transporte/Mecânica de Fluidos 1. Introdução, Definição e Propriedades

dos Fluidos

•PLT “Mecânica dos Fluidos”, Franco Brunetti,

cap. 1

Engenharia Mecânica

Prof. Engª. Patrícia de Freitas

Orientações Gerais

• Resumo do Plano de Ensino e Aprendizagem (PEA)

• Introdução e Propriedades dos Fluidos

• Estática dos fluidos

• Cinemática dos fluidos

• Equação da energia para regime permanente

• Escoamento permanente de fluido incompressível em condutos forçados

• Transferência de calor

• Forma de Avaliação

• 1º bimestre

• Prova (0 a 7,0) Data: 06 à 11/04

• ATPS 1 (0 a 1,0) Data 1ª etapa: 30 à 02/04

• Relatórios de laboratório (0 a 2,0) – 2 laboratórios por bimestre.

• 2º bimestre

• Prova (0 a 7,0) Data: 15 à 19/06

• ATPS 1 (0 a 1,0) Data 2ª etapa: 01 à 03/06

• Relatórios de laboratório (0 a 2,0) – 2 laboratórios por bimestre.

NÃO É PERMITIDO GRAVAR AS AULAS.

Letras gregas, siglas e símbolos utilizados nesta disciplina

Introdução

• Definição:

“Mecânica dos Fluidos é a ciência que estuda o

comportamento físico dos fluidos, assim como

as leis que regem esse comportamento”

(BRUNETTI, 2005);

• Aplicações: Medição de pressão ou nível

Medições de vazões elevadas de gases ou vapores.

Escoamento de fluidos em canais e condutos

Lubrificação

Esforços em barragens ou corpos flutuantes

Máquinas hidráulicas

Ventilação

Aerodinâmica

Foi através do conhecimento em fenômeno de transportes que foi possível desenvolver equipamentos de medição que

permitem que possamos conhecer em tempo real as informações das variáveis pertencentes à cada processo

produtivo. Atualmente na indústria, diversas tecnologias vêm sendo aplicadas na medição de diversas variáveis.

Graças ao constante aprimoramento dos instrumentos é possível realizar o controle automático dos processos de

maneira muito mais eficiente.

Introdução

Introdução

• Aplicações:

• Engenharia Civil e Arquitetura: constitui a base do estudo de hidráulica e hidrologia e tem

aplicações no conforto térmico em edificações.

• Engenharia Sanitária e Ambiental: estuda a difusão de poluentes no ar, água e solo.

• Engenharia Elétrica e Eletrônica: cálculo de dissipação de potência, seja nas máquinas

produtoras ou transformadoras de energia elétrica, seja na otimização de gasto de energia nos

computadores e dispositivos de comunicação.

• Engenharia Química: base das operações unitárias, que constituem a base da Eng. Química.

• Engenharia Mecânica: processos de usinagem, processos de tratamento térmico, cálculo de

máquinas hidráulicas, processos de transferência de calor das máquinas térmicas e frigoríficas,

aerodinâmica.

• Engenharia de Produção: otimização dos processos produtivos e transporte de fluidos. Troca de

calor e movimentação dos fluidos ao longo de tubulações. Ciclo de vida dos produtos

industrializados.

• Revisão de conceitos de Física Básica é necessária

oficinas no Portal do Aluno.

Introdução

As leis básicas que governam os problemas de Mecânica dos Fluidos são:

• A conservação da massa

• A segunda lei do movimento de Newton

• O princípio do momento da quantidade de movimento

• A primeira lei da termodinâmica

• A segunda lei da termodinâmica

Estática dos Fluidos ou Hidrostática estuda as condições de equilíbrio dos líquidos sob a ação de

forças exteriores, principalmente da gravidade.

Fundamenta-se na segunda lei de Newton para corpos sem aceleração (F=0).

A dinâmica dos fluidos estuda os fluidos em movimento e se fundamenta principalmente na

segunda lei de Newton para corpos com aceleração (F=ma).

Conceitos e Definição de Fluidos

Conceitos e Definição de Fluidos

Fluido é uma substância que não tem forma própria,

podem ser gases (ocupam todo o recipiente)

ou líquidos (superfície livre).

Fluxo é a quantidade de uma grandeza que atravessa

uma superfície por unidade de tempo e área.

Fluídos incompressíveis: num escoamento incompressível,

a massa específica é considerada constante ou variação

desprezível devido a baixa variação de pressão.

Fluídos compressíveis: gases e vapores são considerados

fluidos compressíveis, isto é, sua massa específica

sofre grande influência da pressão envolvida no ambiente de trabalho.

Conceitos e Definição de Escoamento

Escoamento uniforme: se no escoamento a velocidade tem a mesma magnitude e direção em

todo ponto do fluido é dito ser uniforme. Isto se aplica em geral para todas as propriedades do

fluido numa determinada seção reta de um sistema em estudo.

• Não-uniforme: se em um dado instante, a velocidade não é a mesma em todo ponto (numa

determinada seção reta) o escoamento é não-uniforme. Na prática, todo fluido que escoa próximo

de uma fronteira sólida é não-uniforme - o fluido na fronteira deve tomar a velocidade da fronteira,

geralmente zero. Entretanto se o tamanho e a forma da seção da corrente de fluido é constante

o fluxo é considerado uniforme.

• Estacionário: um escoamento é denominado estacionário ou permanente quando as propriedades

do fluido (velocidade, pressão e também a seção transversal) podem ser diferentes de um ponto

a outro mas não mudam com o tempo.

• Não-Estacionário: se em qualquer ponto do escoamento, as propriedades mudam com o tempo, o

escoamento é considerado como não estacionário. Na prática há sempre ligeiras variações em

velocidade e pressão, mas se os valores médios são constantes o escoamento é considerado

estacionário ou permanente.

Conceitos e Definições de Fluidos

sólido: deforma-se

angularmente e

alcança equilíbrio

estático

fluido: deforma-se

continuamente e não

alcança equilíbrio

estático

Tensão de cisalhamento

Viscosidade absoluta ou dinâmica

A lei de Newton impões um coeficiente de proporcionalidade µ,

que é a viscosidade absoluta ou dinâmica:

Propriedade que indica maior ou menor dificuldade de um fluido

escoar/escorrer

Viscosidade absoluta ou dinâmica

Fluidos Newtonianos: água, ar, óleo.

Massa específica e peso específico

ρ.g

Viscosidade Cinemática

É a razão entre a viscosidade dinâmica e a massa específica:

Definições

Fluido ideal:

fluido de viscosidade nula, que

escoa sem perdas de

energia;

Fluido ou escoamento

incompressível:

fluido que não apresenta

variação de

volume/massa

específica ao variar a

pressão;

Exercícios do PLT:

1) Como podemos definir o fluido? Cite exemplo.

2) Quais os principais tipos de escoamento?

3) Defina tensão de cisalhamento.

4) Qual a diferença entre viscosidade absoluta e viscosidade cinemática?

5) Um reservatório graduado contém 500 ml de um líquido que pesa 6 N. Determine o peso específico, a massa

específica e a densidade do líquido ( considerar g= 10 m/s2 ). (R: 1200N/m3; 1220kg/m3; 1,2)

6) Determine o peso de um reservatório de óleo que possui uma massa de 825 kg.

7) Se o reservatório do exemplo anterior tem um volume de 0,917 m3 determine a massa específica, peso

específico e densidade do óleo.

8) Se 6,0m3 de óleo pesam 47,0 kN determine o peso específico, massa específica e a densidade do fluido.

9) Um fluido tem uma viscosidade dinâmica de 5x10-3 N.s/m2 e uma massa específica de 0,85kg/dm3.

Determinar a sua viscosidade cinemática.

Exercícios

10) (PLT, ex. 1.4, pg 11) São dadas duas placas planas paralelas à distância de 2mm. A placa superior move-se com

velocidade de 4m/s enquanto que a inferior está fixa. Se o espaço entre as duas placas for preenchido com óleo (υ

= 0,1 Stokes; ρ = 830 Kg/m³) , qual será a tensão de cisalhamento que agirá no óleo? (1 Stoke = 1cm2/s). (R:

16,6Pa)

11) (PLT, ex. 1.5, pg 12) Uma placa quadrada de 1,0m de lado e 20N de peso desliza sobre um plano inclinado de 30 ,

sobre uma película de óleo. A velocidade da placa é de 2m/s constante. Qual é a viscosidade dinâmica do óleo se a

espessura da película é de 2mm? (R: 10-2 N.s/m2)

ρ.g