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MECÂNICA DOS FLUIDOS

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

O QUE É UM FLUIDO?

O QUE DIFERENCIA UM FLUIDO DE UM

SÓLIDO?

Estrutura molecular:

• Sólido – moléculas muito coesas e sujeitas a forças moleculares fortes.

Mantém sua forma e não pode ser deformado facilmente.

• Líquido – moléculas mais espaçadas e sujeitas a forças molecularesfracas.

Facilmente deformados (podem escoar) mas não podem ser

comprimidos (incompressíveis)

-^ Gases – Moléculas muito mais espaçadas e forças moleculares de coesãomolecular desprezíveis.

Facilmente deformados e podem ser comprimidos

(compressíveis) e sempre ocuparão totalmente o volume de qualquer

reservatório.

Dimensões, Homogeinidade Dimensional e

Unidades

(Descrição das características do Fluido)

FORMA QUALITATIVA

Identifica a natureza ou o tipo da característica (como

comprimento, tempo, tensão, velocidade)

FORMA QUANTITATIVA

Medida numérica para a caracterísitca (um valor absoluto)

Dimensões, Homogeinidade Dimensional e

Unidades

(Análise Qualitativa – Sistema de Dimensões)

UTILIZA UMA BASE PRIMÁRIA DIMENSIONAL PARA

REFERENCIAR TODAS AS CARACTERÍTICAS:

OS DOIS SISTEMAS PRIMÁRIOS MAIS UTILIZADOS SÃO

OS SEGUINTES:

SISTEMA MLtT

M -> massa L - > comprimento

t -> tempo T -> temperatura

SISTEMA FLtT

F -> força L - > comprimento

t -> tempo T -> temperatura

Dimensões, Homogeinidade Dimensional e

Unidades

-^ A análise qualitativa será útil para realizar análises dimensionaisde problemas. (SERÁ APLICADA NO CAPÍTULO DESEMELHANÇA)•

PODE SER UTILIZADA TAMBÉM PARA VERIFICAR SE UMEQUACIONAMENTO QUALQUER ESTÁ BALANCEADO!

(OS

DOIS LADOS DA IGUALDADE PRECISAM APRESENTAR AS

MESMAS DIMENSÕES)

QUAIS DESTES DOIS EQUACIONAMENTOS ESTÁ

CORRETO?

Dimensões, Homogeinidade Dimensional e

Unidades

(Análise Quantitativa – Sistema de Unidades) OS DOIS SISTEMAS MAIS CONHECIDOS E

EMPREGADOS SÃO:

SISTEMA SI

M -> kg (kilograma)

L - > m (metro)t -> s (segundo)

F -> N (Newton) = kg.m/s

2

T (abs) -> K (Kelvin)

T ->

o C (Celsius)

SISTEMA BRITÂNICO

M -> slugL - > ft (feet) t -> s (segundo)F -> lbf (libra força) T (abs) -> R (Rankine)

T ->

o F (Farenheit)

Propriedade dos Fluidos

• MASSA ESPECÍFICA (densidade)
  • Expressa a massa de fluido existente em uma unidade de volume.– Símbolo:

ρ

• Análise Dimensional: M/L

3 ; Unidade (SI): kg/m

3

ρ

ν

1

• VOLUME ESPECÍFICO

•Inverso da densidade

, expressa o volume do fluido que

compreende uma unidade de massa.• Símbolo:

ν

Análise Dimensional: L3/M; Unidade (SI): m3/kg

Propriedade dos Fluidos

• GRAVIDADE ESPECÍFICA (densidade específica)
  • Expressa a relação entre densidades do fluido de interesse e daágua em uma determinada temperatura de referência. – Geralmente se utiliza a densidade da água a 4

oC (1000 kg/m

3 )

• Símbolo: SG (specific gravity) – Por ser uma relação de variáveis de mesma unidade, fica sendouma propriedade

adimensional.^ C agua

SG

(^4) _

ρ

ρ

=^

EXEMPLO

SG

oleo

= 0, ρoleo

= SG

oleo

*1000 = 850 Kg/m

3

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

• MUNSON (4 ed)

Capítulo 1: 1.1 a 1.6;

1.8 a 1.12;

Propriedade dos Fluidos

• Viscosidade dinâmica (

μ)

• A densidade e o peso específico são uma medida de “quão pesado”é um fluido.

O azeite e o óleo, por exemplo, são mais “leves” que a

água

(SG ~ 0,8 a 0,9)

• A

viscosidade

descreve a

“fluidez”

, ou seja, A FACILIDADE EM

ESCOAR. O azeite e o óleo, embora com menor densidade,apresentam menor fluidez, devido a maior viscosidade. -SÍMBOLO:

μ

• Unidades (SI): Pa.s (N/m

2 *s)

Viscosidade x Taxa de Deformação

• Analisando a aplicação da força

P

em um

pequeno instante de tempo

δ

t, a placa se

movimenta por uma distância

δ

a, ocasionando

uma deformação angular (cisalhante) do fluidode

δβ

Para pequenas deformações, pode-se assumir a seguinte relação:

U^ b t^

δβ^ δ

Onde

δβ

/δ

t^ é a variação angular (cisalhante) pelo tempo

Viscosidade x Taxa de Deformação

Assumindo o instante de tempo

δδδδ t

tende a zero

(infinitesimal), podemos escrever a seguinte

propriedade:

TAXA DE DEFORMAÇÃO CISALHANTE (

)

du^ dy

Onde, para qualquer ponto noescoamento, fica:

Qualquer fluido submetido a uma tensão de cisalhamento, sofre uma taxa de

deformação.

MAS COMO A VISCOSIDADE SE RELACIONA COM TUDO ISTO?

Viscosidade x Taxa de Deformação

FLUIDOS NEWTONIANOS

OUTROS FLUIDOS

Viscosidade Cinemática

OUTRA PROPRIEDADE IMPORTANTE DOS FLUIDOS É A VISCOSIDADE

CINEMÁTICA, QUE É DEFINIDA DA SEGUINTE FORMA:

μ^ ρ

ν^

=^

VISCOSIDADE DINÂMICA^ MASSA ESPECÍFICA

SÍMBOLO:

ν

Unidades (SI): m

2 /s

EXPRESSA UMA RELAÇÃO ENTRE PESO E FLUIDEZ