Mec

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Mecânica dos Fluidos

• Introdução
• Propriedades Básicas dos Fluidos

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Introdução

• Mecânica Ciência que estuda o equilíbrio e o
  movimento de corpos sólidos, líquidos e gasosos,
  bem como as causas que provocam este movimento
• Em se tratando somente de líquidos e gases, que
  são denominados fluidos, recai-se no ramo da
  mecânica conhecido como Mecânica dos Fluidos.

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Introdução

• 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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Por que estudarMecânica dos Fluidos?

• 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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Por que estudarMecânica 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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Por que estudarMecânica dos Fluidos?

• 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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Por que estudarMecânica dos Fluidos?

• O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma
  (1940) evidencia as possíveis conseqüências 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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Por que estudarMecânica dos Fluidos?
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Por que estudarMecânica dos Fluidos?

• 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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Aceno Histórico

• 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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Importância

• 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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Importância

• Desta forma, torna-se importante o conhecimento
  global das leis tratadas no que se denomina
  Fenômenos de Transporte.

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Os Fenômenos de Transporte na Engenharia

• 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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Os Fenômenos de Transporte na Engenharia

• Engenharias Sanitária e Ambiental
• Estudos da difusão de poluentes no ar, na água e
  no solo

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Os Fenômenos de Transporte na Engenharia

• Engenharia Mecânica
• Processos de usinagem, processos de tratamento
  térmico, cálculo de máquinas hidráulicas,
  transferência de calor das máquinas térmicas e
  frigoríficas e Engenharia aeronáutica

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Os Fenômenos de Transporte na Engenharia

• 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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Quais as diferenças fundamentais entre fluido e
sólido?

• Fluido é mole e deformável
• Sólido é duro e muito pouco deformável

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Passando para uma linguagem científica

• A diferença fundamental entre sólido e fluido
  está relacionada com a estrutura molecular
• Sólido as moléculas sofrem forte força de
  atração (estão muito próximas umas das outras) e
  é isto que garante que o sólido tem um formato
  próprio
• Fluido apresenta as moléculas com um certo grau
  de liberdade de movimento (força de atração
  pequena) e não apresentam um formato próprio.

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FluidosLíquidos e Gases

• Líquidos
• - Assumem a forma dos recipientes que os contém
• Apresentam um volume próprio (constante)
• Podem apresentar uma superfície livre

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FluidosLíquidos e Gases

• Gases e vapores
• -apresentam forças de atração intermoleculares
  desprezíveis
• não apresentam nem um formato próprio e nem um
  volume próprio
• ocupam todo o volume do recipiente que os contém.

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Teoria Cinética Molecular

• Qualquer substância pode apresentar-se sob
  qualquer dos três estados físicos fundamentais,
  dependendo das condições ambientais em que se
  encontrarem

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Estados Físicos da Matéria
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Fluidos

• De uma maneira geral, o fluido é caracterizado
  pela relativa mobilidade de suas moléculas que,
  além de apresentarem os movimentos de rotação e
  vibração, possuem movimento de translação e
  portanto não apresentam uma posição média fixa no
  corpo do fluido.

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Fluidos x Sólidos

• A principal distinção entre sólido e fluido, é
  pelo comportamento que apresentam em face às
  forças externas.

Por exemplo, se uma força de compressão fosse
usada para distinguir um sólido de um
fluido, este último seria inicialmente
comprimido, e a partir de um certo ponto ele se
comportaria exatamente como se fosse um sólido,
isto é, seria incompressível.
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Fatores importantes na diferenciação entre sólido
e fluido

• O fluido não resiste a esforços tangenciais por
  menores que estes sejam, o que implica que se
  deformam continuamente.

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Fatores importantes na diferenciação entre sólido
e fluido

• Já os sólidos, ao serem solicitados por esforços,
  podem resistir, deformar-se e ou até mesmo
  cisalhar.

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Fluidos x Sólidos

• Os sólidos resistem às forças de cisalhamento até
  o seu limite elástico ser alcançado (este valor é
  denominado tensão crítica de cisalhamento), a
  partir da qual experimentam uma deformação
  irreversível, enquanto que os fluidos são
  imediatamente deformados irreversivelmente, mesmo
  para pequenos valores da tensão de cisalhamento.

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Fluidos outra definição

• Um fluido pode ser definido como uma substância
  que muda continuamente de forma enquanto existir
  uma tensão de cisalhamento, ainda que seja
  pequena.

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Propriedades dos fluidos

• Massa específica - ?
• É a razão entre a massa do fluido e o volume que
  contém essa massa (pode ser denominada de
  densidade absoluta)

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Propriedades dos fluidos

• Massa específica - ?
• Nos sistemas usuais
• Sistema SI............................Kg/m3
• Sistema CGS.........................g/cm3
• Sistema MKfS........................Kgf.m-4.s2

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Massas específicas de alguns fluidos
Fluido ? (Kg/m3)
Água destilada a 4 oC 1000
Água do mar a 15 oC 1022 a 1030
Ar atmosférico à pressão atmosférica e 0 oC 1,29
Ar atmosférico à pressão atmosférica e 15,6 oC 1,22
Mercúrio 13590 a 13650
Petróleo 880
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Propriedades dos fluidos

• Peso específico - ?
• É a razão entre o peso de um dado fluido e o
  volume que o contém.

W
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Propriedades dos fluidos

• Peso específico - ?
• Nos sistemas usuais
• Sistema SI............................N/m3
• Sistema CGS.........................dines/cm3
• Sistema MKfS........................Kgf/m3

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Propriedades dos fluidos

• Relação entre peso específico e massa específica

W
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Propriedades dos fluidos

• Volume Específico - Vs

Vs 1/? V/W
É definido como o inverso do peso específico
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Propriedades dos fluidos

• Volume específico - Vs
• Nos sistemas usuais
• Sistema SI............................m3/N
• Sistema CGS......................... cm3/dines
• Sistema MKfS........................ m3/Kgf

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Propriedades dos fluidos

• Densidade Relativa - d (ou Densidade)

d ?
?o
É a relação entre a massa específica de uma
substância e a de outra tomada como referência
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Propriedades dos fluidos

• Densidade Relativa - d (ou Densidade)
• Para os líquidos a referência adotada é a água a
  4oC
• Nos sistemas usuais
• Sistema SI.....................?0 1000kg/m3
  Sistema MKfS ............... ?0 102 kgf.m-4 .s2

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Propriedades dos fluidos

• Densidade Relativa - d (ou Densidade)
• Para os gases a referência é o ar atmosférico a
  0oC
• Nos sistemas usuais
• Sistema SI................. ?0 1,29 kg/m3
  Sistema MKfS .............?0 0,132 kgf.m-4 .s2

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Exercícios

• 1. Determine o peso de um reservatório de óleo
  que possui uma massa de 825 kg.
• 2. Se o reservatório do exemplo anterior tem um
  volume de 0,917 m3 determine a massa específica,
  peso específico e densidade do óleo.
• 3. Se 6,0m3 de óleo pesam 47,0 kN determine o
  peso específico, massa específica e a densidade
  do fluido
• 4. Se 7m3 de um óleo tem massa de 6.300 kg,
  calcule sua massa específica, densidade, peso e
  volume específico no sistema (SI). Considere g
  9,8 m/s2
• 5. Repita o problema anterior usando o sistema
  MKfS. Compare os resultados.
• 6. O peso específico da água à pressão e
  temperatura usuais é aproximadamente igual a 9,8
  kN/m3. A densidade do mercúrio é 13,6. Calcule a
  densidade, a massa específica e o volume
  específico do mercúrio, nos sistemas SI e MKfS.