Prof. Ednei Pires
SISTEMAS HIDRÁULICOS – PROFESSOR: EDNEI PIRES – (77) 9103-3807
Disciplina: Fenômeno de
Transporte
AULA 01 – unidade 2
Introdução a Cinemática
Escoamento Laminar e Turbulento
Número de Reinalds
Definição: Cinemática dos fluidos
É a ramificação da mecânica dos fluidos
que estuda o comportamento de um
fluido em uma condição de movimento.
É a ramificação da mecânica dos fluidos
que estuda o comportamento de um
fluido em uma condição de movimento.
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Cinemática (do grego kimena = movimento) é o ramo da física que se
ocupa da descrição dos movimentos dos corpos, sem se preocupar
com a análise de suas causas (Dinâmica). Geralmente trabalha-se aqui
com partículas ou pontos materiais, corpos em que todos os seus
pontos se movem de maneira igual
Definição: Processo de movimentação das
moléculas de um fluido, umas em relação
às outras e aos limites impostos.
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Escoamento
Quanto a variação no tempo
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Classificação do escoamento
Permanente: As propriedades médias estatísticas das
partículas fluidas, contidas em um volume de controle
permanecem constantes, para um determinado ponto.
Não Permanente (transitório) Quando as propriedades
do fluido num determinado ponto variam com o tempo;
Quanto a variação no tempo
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Classificação do escoamento
Permanente: As propriedades
médias estatísticas das partículas
fluidas, contidas em um volume de
controle permanecem constantes,
para um determinado ponto.
Não Permanente (transitório) Quando as propriedades do
fluido num determinado ponto variam com o tempo;
Quanto a compressibilidade
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Classificação do escoamento
Escoamento nos quais as variações de massa especifica
são desprezíveis são denominados incompressíveis;
quando essas variações são consideráveis o escoamento
é dito compressível.
A maioria dos escoamentos de líquidos é
essencialmente incompressível. Embora a maior parte
dos escoamentos gasoso seja compressível.
Quanto a direção da trajetória pode ser
Laminar (a) ou turbulento (b)
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Classificação do escoamento
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Escoamento laminar
Ocorre quando as partículas de um fluido movem-se ao longo de trajetórias bem definidas, apresentando lâminas ou camadas (daí o nome laminar) cada uma delas preservando sua característica no meio.
No escoamento laminar a viscosidade age no fluido no sentido de amortecer a tendência de surgimento da turbulência. Este escoamento ocorre geralmente a baixas velocidades e em fluídos que apresentem grande viscosidade. Ex: óleo, mel...
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Escoamento Turbulento
Ocorre quando as partículas de um fluido não movem-se ao longo de trajetórias bem definidas, ou seja as partículas descrevem trajetórias irregulares, com movimento aleatório, produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões de massa líquida. Este escoamento é comum na água, cuja a viscosidade e relativamente baixa.
Grande quantidade de água atingiu ruas, casas e veículos em rompimento
de adutora em Manaus (Foto: Reprodução/Thiago Paulino)
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Escoamento laminar e turbulento em condutos
Número de Reynolds
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Como determinar o tipo de escoamento?
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Número de Reynolds
O número de Reynolds (Re) é um número adimensional usado em mecânica dos fluídos para o cálculo do regime de escoamento de determinado fluido dentro de um tubo ou sobre uma superfície.
É utilizado, por exemplo, em projetos de tubulações
industriais e asas de aviões. O seu nome vem de Osborne Reynolds, um físico e
engenheiro irlandês. O seu significado físico é um quociente entre as forças de
inércia e as forças de viscosidade.
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Viscosidade
Nem todos os líquidos são iguais.
Alguns são finos e escoam mais facilmente. Outros são
espessos e pegajosos.
Mel escorre mais lentamente que a água.
A resistência ao escoamento
apresentada por um líquido
é chamada de viscosidade.
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Viscosidade
Quando mais viscoso for o fluido, mais
facilmente ele suspenderá as aparas do
corte e as levará para a superfície.
Por outro lado, é necessária mais pressão para
bombear fluidos muito viscosos, além de ser
mais difícil retirar os resíduos da perfuração.
Viscosidade em fluido de perfuração
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Viscosidade
A viscosidade é afetada pela temperatura
http://www.planetseed.com/pt-br/laboratory/explorador-da-viscosidade
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Viscosidade dinâmica
A viscosidade dinâmica (μ) (também conhecida como
viscosidade absoluta) é dada em termos de força
requerida para mover uma unidade de área a uma
unidade de distância.
Sendo a unidade dessa viscosidade dada geralmente
em Pa s, P (Poise).
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Viscosidade dinâmica
Coeficiente de viscosidade é a constante de
proporcionalidade definida como a razão entre
tensão de cisalhamento e o gradiente de
velocidade.
Sua unidade no S.I. é poise (1 poise = 0,1N.s/m2).
Em termos práticos com água fria, trabalha-se com
μ = 1,03.10-4 kgf.s/m2 ou μ = 1,003.10-3 Pa.s
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Viscosidade Cinemática
A Viscosidade Cinemática (ν) é a relação entre a
viscosidade dinâmica (μ) pela densidade (ρ): relação de
viscosidade;
Sendo a unidade dessa viscosidade dada geralmente
em m²/s , St (Stokes), cSt (CentiStokes).
Obs.: cm²/s = St (Stokes), 1 St = 100 cSt
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Número de Reynolds em tubulações
Re<2000 – Escoamento Laminar.
2000<Re<2400 – Escoamento de Transição.
Re>2400 – Escoamento Turbulento.
𝑅𝑒 = ρ . 𝑣 . 𝐷
μ
ρ = massa específica do fluido
μ = viscosidade dinâmica do fluido
v = velocidade do escoamento
D = diâmetro da tubulação
1) Determine o número de Re e identificar se o escoamento é laminar ou turbulento sabendo-se que em uma tubulação com diâmetro de 4cm escoa água com uma velocidade de 0,05m/s. dado: μ = 1,0030 × 10−3 Ns/m²
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Praticando
𝑅𝑒 = ρ . 𝑣 . 𝐷
μ
ρ = massa específica do fluido 𝑘𝑔/𝑚³
μ = viscosidade dinâmica do fluido Ns/m²
v = velocidade do escoamento 𝑚/𝑠
D = diâmetro da tubulação 𝑚
𝑅𝑒 = 1000. 0,05. 0,04
1,0030 × 10−3
𝑅𝑒 = 1994
Re<2000 – Escoamento Laminar.
2) Um determinado líquido, com massa específica de 1000 kg/m³, escoa por uma tubulação de área 3,14 cm² com uma velocidade de 0,1m/s, sabendo se que o número de Reynolds é 3200. Determine qual a viscosidade dinâmica do líquido.
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Praticando
μ = (1000 x 0,1 x 0,02 )/3200 = 6,25 x 10-4 N.s/m²