Introdução à Mecânica dos Fluidos: Conceitos, Leis e Aplicações - Prof. Pires, Slides de Fenômenos de Transporte

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Fenômenos de

Transporte

Prof.ª Mariana Pires Maria

Definição de fluido Fluido

Definição de fluido Fluido: (^) É a substância que se deforma continuadamente sob a ação de uma tensão cisalhante por menor que seja.

F V

A h

   O fluido nunca para de deformar-se gerado por forcas aplicadas em sentidos opostos e em direções semelhantes no material analisado. h: espessura : viscosidade V: velocidade A: área Ft Fn

Tensão de cisalhamento: É a razão entre a o módulo da componente tangencial da força é a área da superfície sobre a qual a força está sendo aplicada. Unidade no SI: Pa. 𝜏= 𝐹 𝑡 𝐴 Fluido em repouso: Não existe tensão de cisalhamento e atuando a força normal temos a pressão estática 𝐹𝑁 𝐴 = P “Qualquer fluido sob a ação de uma tensão de cisalhamento escoará”

Os fluidos para os quais a tensão de cisalhamento é diretamente

proporcional à taxa de deformação são fluidos newtonianos.

Fluidos não newtonianos : todos os fluidos em que a tensão cisalhante não é diretamente proporcional à taxa de deformação. Maioria dos fluidos: água, ar, gasolina e óleos. Ex: Sangue e pseudoplásticos

Tensão de cisalhamen to Taxa de VISCOSIDADE^ deformação Cte de proporcionalidade Lei de Newton da viscosidade para o escoamento unidimensional

Exemplo 1: A figura 1 mostra o esquema do perfil linear de um escoamento laminar de um fluido viscoso (viscosidade igual a 1000 Pa.s) localizado entre duas placas paralelas de grandes dimensões (área de 60 m²) e separadas por uma distância pequena de 8 milímetros. A placa superior está em repouso enquanto a inferior está em movimento com velocidade 0,5 m/s. Calcule a força em Newtons exercida para manter a velocidade da placa

Propriedade dos fluidos

• Os fluidos submetidos a^ esforços normais^ sofrem variações volumétricas finitas. Quando essas variações volumétricas são muito pequenas, consideram-se os fluidos incompressíveis. Geralmente, os líquidos são incompressíveis, enquanto os gases são compressíveis;
• Existindo^ tensão cisalhante , ocorre escoamento, ou seja, o fluido entra em movimento; os fluidos se moldam às formas dos recipientes que os contêm, sendo que os líquidos ocupam volumes definidos e apresentam superfícies livres, enquanto os gases se expandem até ocupar todo o recipiente. Essa moldagem nos líquidos deve-se ao escoamento causado pela existência de componente cisalhante do peso dos elementos de volume do fluido;
• Para um fluido em^ repouso , a tensão é exclusivamente normal, sendo seu valor chamado de pressão estática que, em um ponto, é igual em qualquer direção.

Exemplo 3: Suponha que o fluido que está sendo cisalhado seja o óleo SAE 30 a 20ºC Calcule a tensão de cisalhamento no óleo se V = 3 m/s; h = 2 cm e = 0, kg/m.s

Exemplo 5: Uma placa infinita move-se sobre uma segunda placa, havendo entre elas uma camada de líquido, como mostrado. Para uma pequena altura da camada, d, podemos supor uma distribuição linear de velocidade no líquido. A viscosidade do líquido é 0,65 kg/m.s e sua densidade relativa é 0,88. Determine: a.A viscosidade cinemática do líquido, em m^2 /s; b.A tensão de cisalhamento na placa superior, em Pa; c.A tensão de cisalhamento na parte inferior, em Pa.

Exemplo 6: São dadas 2 placas planas paralelas à distância de 2 mm. A

placa superior move-se com velocidade de 4 m/s, enquanto a inferior é fixa.

Se o espaço entre as duas placas for preenchido com óleo (v = 0,1 cm²/s

e ρ = 830 kg/m³), qual será a tensão de cisalhamento que atuará no óleo?

Viscosidade x Temperatura

Viscosidade do óleo hidráulico em diferentes temperaturas

Relação de estado para gases nRT Equação de Clapeyron n = m/M (massa/massa molar)

Exemplo: As pesquisas sobre materiais utilizados em equipamentos esportivos são

direcionadas em função dos mais diversos fatores. No ciclismo, por exemplo, é

sempre desejável minimizar o peso das bicicletas, para que se alcance o melhor

desempenho do ciclista. Dentre muitas, uma das alternativas a ser utilizada seria

inflar os pneus das bicicletas com o gás hélio, He, por ser bastante leve e inerte à

combustão. A massa de hélio, necessária para inflar um pneu de 0,4 L de volume,

com a pressão correspondente a 6,11 atm, a 25ºC, seria:

Dados: Massa Molar = 4 g/mol; R = 0,082 L. atm. mol

. K