mecãnica dos fluidos

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Mecânica dos Fluidos

Aula 1 –Definição de Mecânica dos Fluidos, Sistema de Unidades

Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

Tópicos Abordados Nesta Aula

Apresentação do Curso e da Bibliografia.

Definição de Mecânica dos Fluidos.

Conceitos Funda mentais. Sistema de Unidades.

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Mecânica dos Fluidos

Conteúdo do Curso

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Definição de Mecânica dos Fluidos, Conceitos Fundamentais e Sistema Internacional de Unidades

Propriedades dos Fluidos, Massa Específica, Peso Específico e Peso Específico Relativo

Estática dos Fluidos, Definição de Pressão Estática Teorema de Stevine Princípio de Pascal Manômetros e Manometria Flutuação e Empuxo

Cinemática dos Fluidos, Definição de Vazão Volumétrica, Vazão em Massa e Vazão em Peso

Escoamento Laminar e Turbulento, Cálculo do Número de Reynolds Equação da Continuidade para Regime Permanente Equação da Energia para Fluido Ideal Equação da Energia na Presença de uma Máquina Equação da Energia para Fluido Real -Estudo da Perda de Carga

Instalações de Recalque -Uma Entrada, Uma Saída Instalações de Recalque -Várias Entradas, Várias Saídas

Curvas Características da Bomba e da Instalação Associação de Bombas

Mecânica dos Fluidos

Bibliografia

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BRUNETTI, Franco. Mecânica dos fluidos. São Paulo: Pearson, 2005. 410 p.

WHITE, Frank M. Mecânica dos fluidos. 4. ed. Rio de janeiro: McGraw-Hill, c1999. 570 p.

POTTER, MerleC.; WIGGERT, D. C.; HONDZO, Midhat. Mecânica dos fluidos. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2004. 688 p.

FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan T. Introdução à mecânica dos fluidos. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC -Livros Técnicos e Científicos, c1998. 662 p.

Mecânica dos Fluidos

Definição de Mecânica dos Fluidos

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A mecânica dos fluidos éo ramo da mecânica que estuda o comportamento físico dos fluidos e suas propriedades. Os aspectos teóricos e práticos da mecânica dos fluidos são de fundamental importância para a solução de diversos problemas encontrados habitualmente na engenharia, sendo suas principais aplicações destinadas ao estudo de escoamentos de líquidos e gases, máquinas hidráulicas, aplicações de pneumática e hidráulica industrial, sistemas de ventilação e ar condicionado além de diversas aplicações na área de aerodinâmica voltada para a indústria aeroespacial.

O estudo da mecânica dos fluidos édividido basicamente em dois ramos, a estática dos fluidos e a dinâmica dos fluidos. A estática dos fluidos trata das propriedades e leis físicas que regem o comportamento dos fluidos livre da ação de forças externas, ou seja, nesta situação o fluido se encontra em repouso ou então com deslocamento em velocidade constante, jáa dinâmica dos fluidos éresponsável pelo estudo e comportamento dos fluidos em regime de movimento acelerado no qual se faz presente a ação de forças externas responsáveis pelo transporte de massa.

Dessa forma, pode-se perceber que o estudo da mecânica dos fluidos está relacionado a muitos processos industriais presentes na engenharia e sua compreensão representa um dos pontos fundamentais para a solução de problemas geralmente encontrados nos processos industriais.

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Definição de Fluido

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Um fluido écaracterizado como uma substância que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento, não importando o quão pequena possa ser essa tensão. Os fluidos incluem os líquidos, os gases, os plasmas e, de certa maneira, os sólidos plásticos. A principal característica dos fluidos está relacionada a propriedade de não resistir a deformação e apresentam a capacidade de fluir, ou seja, possuem a habilidade de tomar a forma de seus recipientes. Esta propriedade éproveniente da sua incapacidade de suportar uma tensão de cisalhamento em equilíbrio estático.

Os fluidos podem ser classificados como: Fluido Newtoniano ou Fluido Não Newtoniano. Esta classificação estáassociada à caracterização da tensão, como linear ou não-linear no que diz respeito àdependência desta tensão com relação àdeformação e à sua derivada.

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Divisão dos Fluidos

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Os fluidos também são divididos em líquidos e gases, os líquidos formam uma superfície livre, isto é, quando em repouso apresentam uma superfície estacionária não determinada pelo recipiente que contém o líquido. Os gases apresentam a propriedade de se expandirem livremente quando não confinados (ou contidos) por um recipiente, não formando portanto uma superfície livre.A superfície livre característica dos líquidos éuma propriedade da presença de tensão interna e atração/repulsão entre as moléculas do fluido, bem como da relação entre as tensões internas do líquido com o fluido ou sólido que o limita.

Um fluido que apresenta resistência àredução de volume próprio é denominado fluido incompressível, enquanto o fluido que responde com uma redução de seu volume próprio ao ser submetido a ação de uma força é denominado fluido compressível.

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Unidades de Medida

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Antes de iniciar o estudo de qualquer disciplina técnica, éimportante entender alguns conceitos básicos e fundamentais. Percebe-se que muitos alunos acabam não avançando nos estudos, e por isso não aprendem direito a disciplina em estudo, por não terem contato com estes conceitos. Nesta primeira aula serão estudadas as unidades e a importância do Sistema Internacional de Unidades (SI).

No nosso dia-a-dia expressamos quantidades ou grandezas em termos de outras unidades que nos servem de padrão. Um bom exemplo équando vamos àpadaria e compramos 2 litros de leite ou 400g de queijo. Na Física é de extrema importância a utilização correta das unidades de medida.

Existe mais de uma unidade para a mesma grandeza, por exemplo, 1metro é o mesmo que 100 centímetros ou 0,001 quilômetro. Em alguns países émais comum a utilização de graus Fahrenheit (°F) ao invés de graus Celsius (°C) como no Brasil. Isso porque, como não existia um padrão para as unidades, cada pesquisador ou profissional utilizava o padrão que considerava melhor.

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Sistema Internacional de Unidades

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Como diferentes pesquisadores utilizavam unidades de medida diferentes, existia um grande problema nas comunicações internacionais.

Como poderia haver um acordo quando não se falava a mesma língua? Para resolver este problema, a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) criou o Sistema Internacional de Unidades(SI).

O Sistema Internacional de Unidades (SI) éum conjunto de definições, ou sistema de unidades, que tem como objetivo uniformizar as medições. Na 14ªCGPM foi acordado que no Sistema Internacional teríamos apenas uma unidade para cada grandeza. No

Sistema Internacional de Unidades (SI) existem sete unidades básicas que podem ser utilizadas para derivar todas as outras.

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Unidades Básicas do Sistema Internacional (SI)

Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues cdcandelaIntensidade lu minosa molmoleQuantidade de substância

KkelvinTe mperatura ter modinâ mica

AampèreIntensidade de corrente elétrica ssegundoTe mpo kgquilogra maMassa mmetroCo mpri mento Sí mboloNo meGrandeza

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Resumo das Unidades Básicas

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Unidade de comprimento-O metroéo comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo de 1/299792458do segundo.

Unidade de massa -O quilograma éa unidade de massa; éigual àmassa do protótipo internacional do quilograma.

Unidade de tempo -O segundoéa duração de 9 192 631 770 períodos da radiação correspondente àtransição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133.

Unidade de intensidade de corrente elétrica -O ampereéa intensidade de uma corrente constante que, mantida em dois condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito, de seção circular desprezível e colocados àdistância de 1 metro um do outro no vácuo, produziria entre estes condutores uma força igual a 2 x10 -7 newton por metro de comprimento.

Unidade de temperatura termodinâmica -O kelvin, unidade de temperatura termodinâmica, éa fração 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água.

Unidade de quantidade de matéria -O moleéa quantidade de matéria de um sistema contendo tantas entidades elementares quantos os átomos que existem em 0,012 quilograma de carbono 12.

Quando se utiliza o mole, as entidades elementares devem ser especificadas e podem ser átomos, moléculas, íons, elétrons, outras partículas ou agrupamentos especificados de tais partículas.

Unidade de intensidade luminosa -A candelaéa intensidade luminosa, numa dada direção, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de freqüência 540x10 12 hertz e cuja intensidade energética nessa direção é1 / 683 watt por esterorradiano.

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Unidades Suplementares (Ângulos)

Unidade de ângulo plano -O radiano(rad)éo ângulo plano compreendido entre dois raios de um círculo que, sobre a circunferência deste círculo, interceptam um arco cujo comprimento éigual ao do raio.

Unidade de ângulo sólido -O esterorradiano(sr)éo ângulo sólido que, tendo seu vértice no centro de uma esfera, intercepta sobre a superfície desta esfera um área igual a de um quadrado que tem por lado o raio da esfera.

Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues m2 . m -2 = 1sresterorradianoÂngulo sólido m. m -1 = 1radradianoÂngulo plano

Unidades do SISímboloNomeGrandeza

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Unidades Derivadas do (SI)

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As unidades derivadas do SI são definidas de forma que sejam coerentes com as unidades básicas e suplementares, ou seja, são definidas por expressões algébricas sob a forma de produtos de potências das unidades básicas do SI e/ou suplementares, com um fator numérico igual a 1. Várias unidades derivadas no SI são expressas diretamente a partirdas unidades básicas e suplementares, enquanto que outras recebem uma denominação especial (Nome) e um símbolo particular.

Se uma dada unidade derivada no SI puder ser expressa de várias formas equivalentes utilizando, quer nomes de unidades básicas/suplementares, quer nomes especiais de outras unidades derivadas SI, admite-se o emprego preferencial de certas combinações ou de certos nomes especiais, com a finalidade de facilitar a distinção entre grandezas que tenham as mesmas dimensões. Por exemplo, o 'hertz' épreferível em lugar do 'segundo elevado ápotência menos um'; para o momento de uma força, o 'newton.metro' tem preferência sobre o joule.

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Tabela de Unidades Derivadas

Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues rad/s2 radiano por segundo ao quadradoAceleração angular rad/sradiano por segundoVelocidade angular kg/ m3 quilograma por metro cúbicomassa específica m -1 metro ápotencia menos umNúmero de ondas m/s 2 metro por segundo ao quadradoAceleração m/smetro por segundoVelocidade m3 metro cúbicoVolume m2 metro quadradoSuperfície

Sí mboloNo meGrandeza

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Resumo das Unidades Derivadas

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Unidade de velocidade -Um metro por segundo(m/s oum s -1 )éa velocidade de um corpo que, com movimento uniforme, percorre, o comprimento de um metro em 1 segundo.

Unidade de aceleração -Um metro por segundo quadrado(m/s 2 oum s -2 )éa aceleração de um corpo, animado de movimento uniformemente variado, cuja velocidade varia, a cada segundo, de1 m/s.

Unidade de número de ondas -Um metro ápotência menos um

( m -1 )éo número de ondas de uma radiação monocromática cujo comprimento de onda éigual a 1 metro.

Unidade de velocidade angular -Um radiano por segundo(rad/s ourad s -1 )éa velocidade de um corpo que, com uma rotação uniforme ao redor de um eixo fixo, gira em 1 segundo, 1 radiano.

Unidade de aceleração angular -Um radiano por segundo quadrado (rad/s2 ourad s -2 )éa aceleração angular de um corpo animado de uma rotação uniformemente variada, ao redor de um eixo fixo, cuja velocidade angular, varia de 1 radiano por segundo,em1 segundo.

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Unidades Derivadas com Nomes e Símbolos Especiais

Aula 1 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues m 2 kg s

Wb A -1 HhenryIndutância kg s

TteslaIndução magnética m2 kg s

V sWbweberFluxo magnético m -2 kg -1 s4 A2 C V -1 FfaradCapacitância elétrica m2 kg s

V A -1 Ωoh mResistência elétrica m2 kg s

W A -1 VvoltPotencial elétrico força eletromotriz s ACcoulombQuantidade de eletricidade carga elétrica

J s -1 WwattPotência m2 kg s -2 N mJjouleEnergia, trabalho,

Quantidade de calor

N m -2 PapascalPressão m kg s -2 NnewtonForça s -1 HzhertzFreqüência

Expressão em unidades básicas SI

Expressão em outras unidades SI Sí mboloNo meGrandeza

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Resumo das Unidades

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Unidade de freqüência -Um hertz(Hz)éa freqüência de um fenômeno periódico cujo período éde 1 segundo.

Unidade de intensidade deforça -Um newton(N)éa intensidade de uma força que, aplicada a um corpo que tem uma massa de 1 quilograma, lhe comunica uma aceleração de 1 metro por segundo quadrado.

Unidade de pressão -Um pascal(Pa)éa pressão uniforme que, exercida sobre uma superfície plana de área 1 metro quadrado, aplica perpendicularmente a esta superfície uma força total de intensidade 1 newton.

Unidade de Energia, trabalho, Quantidade de calor -Um joule(J)éo trabalho realizado por uma força de intensidade 1 newton, cujo ponto de aplicação se desloca de 1 metro na direção da força.

Unidade de potência, fluxo radiante -Um watt(W)éa potência que dálugar a uma produção de Energia igual a 1 joule por segundo.

Unidade de Quantidade decarga elétrica -Um coulomb(C)éa quantidade de carga transportada em 1 segundo por uma corrente elétrica de intensidade igual a 1 ampère.

Unidade de potencial elétrico, força eletromotriz -Um volt(V)éa diferencia de potencial elétrico que existe entre dois pontos de um condutor elétrico que transporta uma corrente de intensidade constante de 1 ampèrequando a potencia dissipada entre estes pontos éigual a 1 watt.

Unidade de resistência elétrica -Um ohm(W)éa resistência elétrica que existe entre dois pontos de um condutor quando uma diferença de potencial constante de 1 volt aplicada entre estes dois pontos produz, nesse condutor, uma corrente de intensidade 1 ampère. (não háforça eletromotriz no condutor).

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Resumo das Unidades

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Unidade de capacitância elétrica -Um farad(F)éa capacitância de um capacitor elétrico que entre suas armaduras aparece uma diferença de potencial elétrico de 1 volt, quando armazena uma quantidade de carga igual a 1 coulomb.

Unidade de fluxo magnético -Um weber(Wb)éo fluxo magnético que, ao atravessar um circuito de uma sóespira produz na mesma uma força eletromotriz de 1 volt, quando se anula esse fluxo em um segundopor decai mento unifor me.

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