Aula 01 e 02 - Propriedade Dos Fluidos Simon

7/18/2019 Aula 01 e 02 - Propriedade Dos Fluidos Simon

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FENÔMENOS DE TRANSPORTE

ENG. SIMON BOLIVAR



EMENTA

PROPRIEDADES DOS FLUIDOS

MANOMETRIA

ESCOAMENTO DOS FLUIDOS REAIS

EQUAÇÕES FUNDAMENTAIS

TRANSFERÊNCIA DE CALOR: CONDUÇÃO, CONVECÇÃO

E RADIAÇÃO TÉRMICA

PRINCÍPIOS BÁSICOS DA TERMODINÂMICA



BIBLIOGRAFIA

Notas de aula

Manual de Hidráulica – Azevedo Neto

Termodinâmica – Yunus, A. Cengel e Michael A. Boles



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.



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



FLUIDO: LÍQUIDO OU GÁS

LÍQUIDO: VOL. DEFINIDO MAS NÃO PRÓPRIO E SUPERFÍCIE LIVRE

GÁS: SEM VOL. PRÓPRIO E SEM SUPERFÍCIE LIVRE



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













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

http://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura

http://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia

http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Esc%C3%B3cia

http://pt.wikipedia.org/wiki/William_John_Macquorn_Rankine

http://pt.wikipedia.org/wiki/1859

http://pt.wikipedia.org/wiki/1859

http://pt.wikipedia.org/wiki/William_John_Macquorn_Rankine

http://pt.wikipedia.org/wiki/Esc%C3%B3cia

http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura




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




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?




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)




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




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



ou densidade relativa= ρ.g

δ = ρ/ ρagua



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



E SE FOSSE AGUA? ρ = 1000 kg/m³ m = 12560 kg

Massa específica = massa/volume




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.







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.




P = F/APeso específico (

) = W / V = F/VF = .V P = .V/A = .h

F = .V

= F/A







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




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



Visualize estes eventos:

1. Quanto mais amolada estiver uma faca,menos força é necessário para cortar.




3. Se tentar furar a pele com uma caneta, vaiprecisar de mais força do que com umaagulha.

2




4. Os esquimós usam sapatos com base grandepara não afundar na neve.

3



Como explicar tudo com um únicoFENÔMENO?



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




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




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




4. Os esquimós usam sapatos com base grandepara não afundar na neve.

SAPATOS DE NEVE – maior área,distribuir força-peso, menor pressão.



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.




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





FIM

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