Aula02 -Fluidos e suas propriedades

(1)

Centro Universitário Tiradentes – Unit

Fluidos e suas propriedades

(2)

Programa da aula

 Revisão e propriedades dos fluidos  Revisão Unidades

 O que é um fluido?

 Propriedades dos fluidos  Problemas

(3)

Introdução

Mecânica dos fluidos  É o estudo dos fluidos em repouso ou movimento e dos efeitos que decorrem de sua interação com

contornos, os quais podem ser superfícies ou outros fluidos. Objetivos  Obter os conhecimentos básicos das propriedades dos fluidos, dos esforços estáticos e dinâmicos, bem como das leis

(4)

Revisão: unidades e sistemas

Grandezas fundamentais: quantidades prim.

• Comprimento L

• Massa M

• Tempo t

• Intensidade da corrente elétrica I

• Temperatura T ()

• Quantidade de matéria h

• Intensidade luminosa I

Sistemas de Unidades:

• Sistema Internacional (SI)

• Comprimento – m, Massa – kg, Tempo – s, Força - N • Sistema Inglês

• Comprimento – ft (0,3048m), Massa – slug (14,59kg), Tempo – s, Força – lbf (4,448N)

(5)

Revisão: homogeneidade dimensional

Princípio de homogeneidade dimensional

Uma equação é dimensionalmente homogênea quando seus diferentes termos têm todos a mesma dimensão.

Exemplo:

Soma de Bernoulli:

Nesta equação, todos os termos tem dimensões de comprimento

Eq. De Manning: . Cte z g 2 V p _ 2 _ _  2 / 1 3 / 2 h I R n 1 V 

(6)

Exercício

A equação utilizada para determinar a vazão, Q, do escoamento de um orifício na lateral de um tanque é dada por:

Onde A é a área do orifício, g é a aceleração da

gravidade e h é a altura da superfície livre em relação ao orifício. Investigue a homogeneidade dimensional desta equação.

gh

A

(7)

Propriedades: Característica de uma substância que se mantém invariante para um dado estado.

Propriedades dos Fluidos

Extensivas (dependem da massa do corpo) Ex.: peso, energia

Intensivas (não dependem da massa do corpo) Ex.: viscosidade, densidade, p_v

(8)

Propriedades dos Fluidos r: massa específica : peso específico v: volume específico d = r/r_o: densidade relativa b: compressibilidade

E: módulo de elasticidade volumétrico (E = 1/b) p_v: pressão de vapor (cavitação)

s: tensão superficial

m: viscosidade (absoluta, molecular, dinâmica)

(9)

Propriedades dos fluidos

•Massa específica ou densidade

absoluta-r

-

É a razão entre a massa do fluido e o volume que contém essa massa (pode ser denominada de densidade absoluta) Sistema SI...Kg/m3

V

m

volume

massa



r

(10)

Massas específicas de

alguns fluidos

Fluido r (Kg/m3₎ Água destilada a 4 o_C ₁₀₀₀ Água do mar a 15 o_C _{1022 a 1030} Ar atmosférico à pressão atmosférica e 0 o_C 1,29 Ar atmosférico à pressão atmosférica e 15,6 o_C 1,22 Mercúrio 13590 a 13650 Petróleo 880

(11)

Variação de com a temperatura

r





180

4 1000

2 2





T

O H

r

(12)

Massa Específica

992.0 993.0 994.0 995.0 996.0 997.0 998.0 999.0 1000.0 1001.0 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Temperatura (0C) M a s s a e s p e c if ic a ( k g /m

3 ) Massa Especifica (H2O)

  180 4 1000 2 2    T O H r

(13)

)

4 (

)

0 (

0 ₂ 0 2

O

C

H

O

C

H

r



(14)

Propriedades dos fluidos

• Peso específico - 

- É a razão entre o peso de um dado fluido e o volume que o contém;

- O peso específico de uma substância é o seu peso por unidade de volume;

Sistema SI...N/m3

V

G

volume

peso

_





W

(15)

Propriedades dos fluidos

• Relação entre peso específico e

massa específica

g

V

g

m

V

G



r









W

(16)

Propriedades dos fluidos

• Volume Específico - V

_s

V

_s

= 1/

r

=V/m

- É definido como o volume ocupado pela unidade de massa de uma substância, ou seja, é o inverso da massa específica

(17)

Propriedades dos fluidos

• Densidade Relativa - δ (ou

Densidade)

É a relação entre a massa específica de uma substância e a de outra tomada como

referência

δ =

r

(18)

Propriedades dos fluidos

•Densidade Relativa - δ (ou Densidade)

Para os líquidos a referência adotada é a água a 4o_C

(19)

Propriedades dos fluidos

•Densidade Relativa - δ (ou Densidade)

Para os gases a referência é o ar atmosférico a 0o_C

(20)

Pressão

É a razão entre uma força e a área sobre a qual esta força atua.

  Pa m N A F P   ₂ 

Outras unidades importantes: bar, atm, kgf/cm2_{, mmHg, mca, psi}

Escalas de pressão: absoluta ou relativa

Pressão absoluta: Escala de

medida de pressões na qual o zero é atingido quando um vácuo ideal é conseguido.

Pressão manométrica ou relativa: Escala de medida

de pressão relativa à pressão atmosférica local. ica u_manométr relativa_o a atmosféric absoluta

P





(21)

Pressão absoluta ou efetiva: é a pressão total existente num ponto de um sistema. Corresponde à força que as moléculas de um fluido exercem numa unidade de área.

a atmosféric absoluta iva a_ou_relat manométric

P





Pressão barométrica ou atmosférica: é a pressão atmosférica local, ou seja, a pressão que a camada atmosférica exerce em uma certa localidade.

Pressão atmosférica padrão: é a pressão atmosférica ao nível do mar. Então, Patm = 101325 Pa = 14,6959 psi = 1,03323 kgf/cm² = 1,01325 bar = 1 atm = 760 mmHg = 10,33226 mca.

Pressão manométrica ou relativa ou Gage pressure: é a

diferença entre a pressão de um fluido e a pressão atmosférica local, corresponde à pressão que um fluido exerce nas paredes de um vaso.

(22)

Escalas de pressão: • absoluta (barômetros), • relativa (manômetros), • vácuo (vacuômetros).

p_abs = p_rel+p_{atm local} vácuo = - p_rel

vácuo_abs = -p_{atm local}

Vácuo absoluto

pressão

absoluta pressão_relativa

vácuo

pressão atmosférica local

Zero para a pressão relativa e para o vácuo

Zero para a pressão absoluta

(23)

Lei dos gases Perfeitos

• Sob certas condições, a massa específica de um gás está relacionada com a pressão e a temperatura através da seguinte expressão:

•onde p é a pressão absoluta, ρ é a densidade específica, T é a temperatura absoluta e R é a constante do gás

RT

(24)

Propriedades dos fluidos

•Viscosidade (absoluta ou dinâmica)

É definido como a resistência do fluido à deformação.

(25)

Propriedades dos fluidos

(26)

Propriedades dos fluidos

•Viscosidade

Mantidos constantes as demais grandezas (pressão e temperatura), a experiência

(27)

Fluidos newtonianos e não-newtonianos

Os fluidos newtonianos são aqueles em que a viscosidade não varia com a força aplicada

Viscosidade: m

Propriedades dos

(28)

Viscosimetro "Fungilab" Viscosímetro "Fungilab" Visco Ball

Viscosímetro de caída de bola basado en el sistema de medida Höppler que se utiliza para determinar la viscosidad de líquidos Newtonianos y gases. Los resultados obtenidos se determinan como viscosidad dinámica (mPa.s) Sistema internacional. Cumple con normativas DIN 53015 e ISO 12058.

Alta precisión a través de la visibilidad de la bola caída.

Tiempo de test mínimo debido a la precisión del retorno de la bola.

Muestra herméticamente sellada dentro del tubo durante el proceso.

Diferentes rangos de medición.

Rango de viscosidad: 0.5 - 105 mPas.s (cP) Rango de temperatura: -20º C hasta +120º C Reproductibilidad: +0.5%

Comparabilidad: +1%

Bolas 1, 2 y G de vidrio de borosilicato Bolas 3 y 4 de aleación de níquel

Bolas 5 y 6 de acero inoxidable Rango de medida Bola 1: de 0.6 hasta 10 Bola 2: de 7 hasta 130 Bola 3: de 30 hasta 700 Bola 4: de 200 hasta 4800 Bola 5: de 1500 hasta 45000 Bola 6: +7500

Se provee con 6 bolas, termómetro de control -1 a +26ºC, herramientas de limpieza, hoja de calibración y manual de instrucciones.

(29)

(30)

Propriedades dos fluidos

•Viscosidade cinemática

Razão entre a viscosidade absoluta e a massa específica

)

/

(

)

/

.

(

2 2

s

m

s

N

r

m



m



(31)

Propriedades dos fluidos

(32)

Propriedades dos fluidos

•Módulo de elasticidade A F V V1 Tensão (P=F/A) Deformação V/V1 ₁ dV/V1 dp 1 V dV dp K  

(33)

Propriedades dos fluidos

•Pressão de vapor

Pressão de vapor correspondente ao valor da pressão na qual o líquido passa da fase líquida para gasosa.

(34)

Cavitação Pressão de vapor: p_v

(35)

Propriedades dos fluidos

(36)

Tensão superficial: s Ângulo de contato:  Superfície hiper-hidrofóbica O líquido não molha a parede sólida. O líquido molha a parede sólida.

(37)

(38)

(39)

(40)

Capilaridade

•

Fenômeno associado à tensão superficial referente a subida ou descida de um líquido em um tubo capilar.

– Capilaridade em paredes de subsolo (umidade do ambiente) – Umidade em elementos estruturais (fundação, pilares)

(41)

Capilaridade

θ W = γ.Vol h F = 2πRσ 2R

(42)

(43)