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SUMÁRIO
!
Conceitos e definições fundamentais
" Introdução
" Mecânica dos Fluidos
"
Fluidos e propriedades
" Meio Contínuo
" Limite de validade do meio contínuo
"
Noções básicas de forças
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
!
Introdução: O que são fenômenos de transferência (ou de transporte)?
Estuda a transferência de quantidades de movimento (momento), energia e matéria
O processo de transporte é caracterizado pela tendência ao equilíbrio.
Transferência de calorMecânica dos Fluidos Transferência de massa
FORÇA MOTRIZ O Movimento no sentido do equilíbrio é causado por uma diferença de potencial
TRANSPORTE Alguma quantidade física é transferida
MEIO A massa e a geometria do material onde as variações ocorrem afetam avelocidade e a direção do processo
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
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Introdução:
FLUIDO
Estados da matéria # sólido, líquido, gás e plasma.
Mecânica dos fluidos
Transferência de calor e massa
Assumem aforma dorecipiente que
os contêm.
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
!
Meio contínuo:
Hipótese de contínuo:
x
y
z
t1
x
y
z
t2
Os meios físicos em que os processos ocorrem serão supostos de contínuos,ou seja, distribuição contínua da matéria no espaço tridimensional (x,y,z) e notempo t.
Distância entreátomos deágua: 0,96 Å
Macroscópico
Volume de controle
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
!
Limite de validade do Modelo de Meio contínuo:
Validade: Elevado número de moléculas no menor volume da matéria, emque mantém a média estatística definida e a propriedade medida sofre uma
variação contínua.
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
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Meio contínuo:
Quando se refere a propriedades em um ponto no meio contínuo, estáse considerando a média estatística do efeito de um grande número demoléculas em torno deste ponto.
PROCESSO MODELAGEM SOLUÇÃO
$ A cada ponto do espaço corresponde um ponto do fluido;
$ Não existem vazios no interior do fluido;
$ Despreza-se a mobilidade das moléculas e os espaços intermoleculares.
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
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Mecânica dos fluidos:
Estuda o comportamento físico dos fluidos e as leis que regem tal
comportamento. Estudo do comportamento dos fluidos em repouso
(Fluidoestática) e em movimento (Fluidodinâmica).
Dinâmica dos fluidos ou transporte de movimento
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
!
Fluidos:
É uma sustância que se deforma continuamente sob a
aplicação de uma tensão de cisalhamento (força tangencial),
não importa sua intensidade.
F
Sólido
F
Fluido
F F
-
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
!
Fluidos:
Compressíveis Incompressíveis
Gases Líquidos
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
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Fluidos:
Compressíveis Incompressíveis
Gases
F
V1
Líquidos
F
V
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
!
Fluidos:
Compressíveis Incompressíveis
Gases
V2
F
Líquidos
V
F
-
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
!
Fluidos:
Massa específica :
Unidades:
Sistema SI kg/m3
Sistema CGS g/cm3
Sistema MKS kgf.s2/m4
Densidade
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Fluidos:
Peso específico :
Unidades: Sistema SI N/m3
Sistema CGS dines/cm3
Sistema MKS kgf/m3
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Exemplo Proposto:
Colocam-se 4 kg de mercúrio (! = 13,6 g/cm3) em um recipiente em formade prisma reto de base quadrada, com área de 100 cm2 de área da base.Determinar a altura a que se elevaria o líquido no recipiente.
Mercúrio
h
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Forças de superfície:
Força de atrito, pressão, cisalhamento. São externas à matéria.
Proporcionais à superfície sobre a qual atuam
Forças de campo:
Força gravitacional, elétrica e magnética. Inerentes à matéria
Proporcionais ao volume dos corpos
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Forças de campo:
Lei de Newton:
A aceleração de um corpo é diretamente proporcional a força exercidaneste corpo e inversamente proporcional a massa do corpo.
Dimensões e Unidades
A força peso está relacionada com a massa e a aceleração da gravidade.
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Dimensões e unidades:
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Relação entre o SI e os outros sistemas
k – constante de proporcionalidade cujo valor numérico e unidadesdependem das unidades escolhidas para F, m e a.
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Dimensões e unidades:
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Dimensões e unidades:
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Exercícios:
1. Colocam-se 4 kg de mercúrio (! = 13,6 g/cm3) em um recipiente emforma de prisma reto de base cilíndrica, com área de 100 cm2 de áreada base. Determinar a altura a que se elevaria o líquido no recipiente.Qual a altura que se elevaria o líquido este fosse gasolina (! = 0,7 g/
cm3
).2. Sabe-se que 3 dm3 de um líquido possui 2550 g. Calcular o peso
específico, a massa específica e a densidade relativa deste líquido noSI e no sistema técnico.
3.
Sabendo-se que 5m3
de um óleo combustível a 27ºC pesam 42500N,calcular o seu peso específico e sua densidade em relação à água (! =1000 kg/m3.
4. Ao passar de um local onde g1= 9,78 m/s2 para um local onde g2= 9,82m/s2, um líquido experimenta um acréscimo de peso igual a 0,12N.
Determinar a massa deste líquido em kg e lbm.
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Forças de superfície:
Força de atrito, pressão, cisalhamento. São externas à matéria.
Proporcionais à superfície sobre a qual atuam
Forças de campo:
Força gravitacional, elétrica e magnética. Inerentes à matéria
Proporcionais ao volume dos corpos
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Forças de superfície:
Para um sólido, as tensões são desenvolvidas quando um material édeformado ou cisalhado elasticamente; para um fluido, as tensões decisalhamento aparecem devido ao escoamento viscoso.
Fn # Pressão Ft # Cisalhamento
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Fluido
F F
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Fluido Newtoniano:
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Princípio da aderência: Ospontos de um fluido em
contato com uma superfíciesólida (placa) adquirem a
mesma velocidade dospontos desta, não ocorrendodeslizamentos.
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Viscosidade Absoluta ou dinâmica
Lei de Newtonpara viscosidade
Causada pela coesãointermolecular e pela
transferência de momentolinear através do fluido
Unidade: Pa.s (SI)
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
Dividindo-se a viscosidade dinâmica pelamassa específica tem-se:
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
$ Viscosidade é a medida da resistência do fluido ao movimentoquando uma força exterior atua sobre ele, como por exemplo umdiferencial de pressão ou gravidade;
$ Não está relacionada diretamente com a densidade do líquido. Porexemplo, o óleo de soja é mais viscoso que a água, porém menosdenso;
$ A medida que a temperatura do líquido aumenta, as forçasmoleculares coesivas diminuem resultando em uma diminuição da
viscosidade;$ Para gases, o oposto ocorre, ou seja, com o aumento da temperaturaa viscosidade aumenta pois aumenta as colisões aleatórias entre asmoléculas de gases;
$ A viscosidade é usualmente considerada independente da pressão
(aumento insignificante).
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
! Noções básicas de forças:
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