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Materiais de Construo Mecnica I

Fenmenos de Transporte I

Propriedades dos fluidos

ASSUNTO

Algumas propriedades so fundamentais para a anlise de um fluido e representam a base para o estudo da mecnica dos fluidos, essas propriedades so especficas para cada tipo de substncia avaliada e so muito importantes para uma correta avaliao dos problemas comumente encontrados na indstria. PROPRIEDADES DOS FLUIDOSMassa Especfica () , Peso Especfico () e Densidade (d)

Massa Especfica (): a massa de fluido contida em uma unidade de volume do mesmo

Peso Especfico (): o peso (G) da substancia contida numa unidade de volume

Densidade (d): a relao entre a massa especfica de uma substncia e a massa especfica da gua a uma determinada temperatura. A densidade no depende do sistema de unidades.

PROPRIEDADES DOS FLUIDOS

CompressibilidadePropriedade dos corpos que consiste na reduo do volume quando sujeitos a presses externas. Esta reduo de volume acompanhada de aumento da massa especfica. Os fluidos so compressveis (a compressibilidade mais significativa nos gases do que nos lquidos).A expresso do mdulo de compressibilidade volumtrica, tambm denominado mdulo de elasticidade (K), ou do coeficiente de compressibilidade () dada na forma:

Sendo: dp variao da presso; dV variao de volume; V volume inicial

No caso dos lquidos, o coeficiente de compressibilidade () praticamente independente da presso e da temperatura. Para efeitos prticos, consideram-se os lquidos como fluidos incompressveis

PROPRIEDADES DOS FLUIDOS*

Lei dos Gases Perfeitos ou Ideais

onde P a presso absoluta; R a constante do gs, e T a temperatura absoluta.


ElasticidadePropriedade dos fluidos de aumentarem o seu volume quando diminui a presso.

E = mdulo de elasticidade volumtrica (kgf/m2).

Obs: Note que a compressibilidade o inverso da elasticidade PROPRIEDADES DOS FLUIDOS*

Presso de vapor (Pv):

Os lquidos evaporam por causa de molculas que escapam pela superfcie livre. A presso de vapor a presso exercida por um vapor quando este est em equilbrio com o lquido que lhe deu origem. A presso de vapor uma medida da tendncia de evaporao de um lquido. Quanto maior for a sua presso de vapor, mais voltil ser o lquido. uma propriedade fsica que depende intimamente do valor da temperatura. Qualquer que seja a temperatura, a tendncia de o lquido se vaporizar at atingir equilbrio termodinmico com o vapor.

PROPRIEDADES DOS FLUIDOS*Tenso superficial (s):A tenso superficial um efeito que ocorre na camada superficial de um lquido que leva a sua superfcie a se comportar como uma membrana elstica. Este efeito permite que insetos caminhem sobre a gua. Tambm permite que pequenos objetos de metal como agulhas ou lminas flutuem na superfcie da gua.A tenso superficial est relacionada com a diferena de presso entre os dois lados de uma interface pela equao de Laplace:Em que R1 e R2 so os raios de curvatura da interface


Escoamento de um FluidoExistem vrias camadas que se deslocam com velocidades diferentes, sendo a velocidade igual a zero junto s paredes do tubo e mxima na parte central.

Surgem 2 tipos de atritos:. Atrito externo: resistncia ao deslizamento do fluido ao longo da superfcie slida.. Atrito interno: resistncia ao deslocamento mtuo das partculas do fluido.

PROPRIEDADES DOS FLUIDOS*v = 0v = 0v = mxA Experincia das Placas:

Considera-se um fluido em repouso entre duas placas planas. Supondo que a placa superior em um dado instante passe a se movimentar sob a ao de uma fora tangencial conforme figura abaixo.

A substncia (fluido) colocada entre as duas placas paralelas que so bem prximas e grandes o suficiente de modo que as perturbaes nas bordas possam ser desprezadas.


A Experincia das Placas:

As partculas fluidas junto as superfcies slidas adquirem as velocidades dos pontos das superfcies com as quais esto em contato (principio da aderncia).

Assim, junto placa superior as partculas do fluido tm velocidade diferente de zero e Junto placa inferior as partculas tm velocidade nula (principio da aderncia).



Entre as partculas de cima e as de baixo existir atrito, que por ser uma fora tangencial formar tenses de cisalhamento, com sentido contrrio ao do movimento, como a fora de atrito. Como existe uma diferena de velocidade entre as camadas do fluido, ocorrer ento uma deformao contnua do fludo sob a ao da tenso de cisalhamento.



As tenses de cisalhamento agiro em todas as camadas fluidas e evidentemente naquela junto placa superior dando origem a uma fora oposta ao movimento da placa superior.


Tenso de cisalhamento (): a razo entre o mdulo da componente tangencial da fora a rea da superfcie sobre a qual a fora est sendo aplicada.

Viscosidade absoluta ou dinmica ()A definio de viscosidade est relacionada com a Lei de Newton : A tenso de cisalhamento diretamente proporcional variao da velocidade ao longo da direo normal s placasA relao de proporcionalidade pode ser transformada em igualdade mediante uma constante, dando origem equao abaixo ( Lei de Newton ):


Viscosidade absoluta ou dinmica ()

A viscosidade dinmica () o coeficiente de proporcionalidade entre a tenso de cisalhamento e o gradiente de velocidade. O seu significado fsico a propriedade do fluido atravs da qual ele oferece resistncia s tenses de cisalhamento. Os fluidos que apresentam esta relao linear entre a tenso de cisalhamento e a taxa de deformao so denominados newtonianos e representam a maioria dos fluidos. (descreve a fluidez de um fluido)

PROPRIEDADES DOS FLUIDOSFluidos newtonianos e no-newtonianos: fluido newtoniano => existe uma relao linear entre o valor da tenso de cisalhamento aplicada e a velocidade de deformao resultante. fluido no-newtoniano => existe uma relao no-linear entre o valor da tenso de cisalhamento aplicada e a velocidade de deformao angular. Plstico ideal => tenso de escoamento definida e relao linear constante de t com du/dy. Substncia pseudoplstica (tinta de impresso) => viscosidade depende da deformao angular anterior da substncia e tem a tendncia de endurecer quando em repouso.Gases e lquidos finos tendem a ser fluidos newtonianos, enquanto que hidrocarbonetos de longas cadeias podem ser no-newtonianos.PROPRIEDADES DOS FLUIDOS*

O valor da viscosidade dinmica varia de fluido para fluido e para um fluido em particular, esta viscosidade depende muito da temperatura. Os gases e lquidos tem comportamentos diferentes com relao dependncia da temperatura, conforme mostra a tabela abaixo:

PROPRIEDADES DOS FLUIDOS*FluidoComportamentoFenmenoLquidosDiminuia viscosidadecom o aumento da temperaturaTem espaamento entre molculas pequeno e ocorre a reduo da atrao molecular com o aumento da temperatura. GasesAumentaa viscosidadecom o aumento da temperaturaTem espaamento entre molculas grande e ocorre o aumento do choque entre molculas com o aumento da temperatura. Viscosidade Cinemtica ():

freqente, nos problemas de mecnica dos fluidos, a viscosidade dinmica aparecer combinada com a massa especfica, dando origem viscosidade cinemtica.


Fluidos Naturais e Perfeitos

Fluido NaturalApresenta viscosidadeCompressibilidadeCapilaridadeSolubilidade

Fluido PerfeitoViscosidade nulaImcompressibilidadeIsotropia perfeitaPROPRIEDADES DOS FLUIDOSSabendo-se que 1500kg de massa de uma determinada substncia ocupa um volume de 2m, determine a massa especfica, o peso especfico e a densidade relativa dessa substncia.Dados: H2O = 1000 kg/m g = 9,81m/s e para g = 10m/s Exerccio 1Um reservatrio cilndrico possui dimetro de base igual a 2m e altura de 4m, sabendo-se que o mesmo est totalmente preenchido com gasolina, determine a massa de gasolina presente no reservatrio.Dados: gasolina = 750 kg/m3Exerccio 2A massa especfica de uma determinada substncia igual a 740kg/m, determine o volume ocupado por uma massa de 500 kg dessa substncia.Exerccio 3Sabe-se que 400 kg de um lquido ocupa um reservatrio com volume de 1500 litros, determine sua massa especfica, seu peso especfico e a densidade relativa. Dados: H2O = 1000 kg/m, g = 9,81m/s

Exerccio 4Um dos ensaios realizados com um densmetro, aparelho utilizado para medir a densidade dos lquidos, indica que a densidade do liquido analisado igual a 1,15. Determine a massa especifica e o peso especfico do lquido analisado. Exerccio 5A viscosidade cinemtica de um leo leve 0,033 m2/s e a sua densidade 0,86. Determinar a sua viscosidade dinmica em unidades do sistema mtrico. Exerccio 6Um cilindro contm 0,5 m3 de ar a 30 C e 2 kgf/cm2. O ar comprimido at atingir o volume de 0,05 m3. Considerando condies isotrmicas:Qual a presso do ar comprimido no novo volume?Qual o mdulo de elasticidade volumtrica? Exerccio 7Determinar a variao de volume no volume inicial de 0,04 m3 de gua a 27C quando sujeito a um aumento de 35 kgf/cm2 na presso.Dado o mdulo de elasticidade volumtrica da gua igual a 22750 kgf/ cm2.Exerccio 8Calcular o peso especfico e o volume especfico do ar presso de 3 kgf/cm2 e a 20C. Dado que a constante do gs R = 29,25 m/K.Exerccio 9Enche-se um frasco at o trao de afloramento com 3,06 g de cido sulfrico. Repete-se a experincia substituindo o cido por 1,66 g de gua. Obter a densidade relativa do cido sulfrico.Exerccio 10Colocam-se 5 kg de mercrio ( = 13,6 g/cm) em um recipiente em forma de prisma reto, com 100 cm2 na rea da base. Determinar a altura a que se elevaria o lquido no recipiente. Em seguida, substituindo o mercrio por leo de linhaa (d = 0,93), obter a altura a que se elevaria igual massa de leo.Exerccio 11

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