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EM34B Mecânica dos Fluidos 1 Prof. Dr. André Damiani Rocha [email protected] Aula 01 – Parte II: Introdução

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EM34B

Mecânica dos Fluidos 1Prof. Dr. André Damiani Rocha

[email protected]

Aula 01 – Parte II: Introdução

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Aula 01Introdução

Escopo da Mecânica dos Fluidos

Mecânica dos fluidos é o estudo de fluidos em repouso ou em movimento.

Ela tem sido tradicionalmente aplicada em áreas tais como:

o Sistemas de canal;

o Dique;

o Represa;

o Projeto de bombas;

o Compressores;

o Tubulações;

o Dutos de bombeamento (casas, edifícios e indústria química)

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Aula 01Introdução

o Aerodinâmica (automóveis e aviões);

o Desenvolvimento de medidores de vazão;

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Aula 01Introdução

Alguns campos onde a Mecânica dos Fluidos se desenvolve

o Energia e Meio Ambiente: derramamento de óleos, turbinas

eólicas, geração de energia a partir de ondas do oceano,

fenômenos atmosféricos (tornados, furacões e tsunamis).

o Biomecânica: corações e válvulas artificiais, compreensão da

mecânica dos fluidos do sangue, líquido sinoval das juntas, sistema

respiratório, sistema circulatório entre outras.

o Esportes: projeto de bicicletas e capacetes, esquis, vestimenta

para corrida e natação, aerodinâmica de bolas de golfe, tênis e

futebol.

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Aula 01Introdução

Definição de Fluido

“Um fluido é uma substância que se deforma

continuamente sob a aplicação de uma tensão de

cisalhamento (tangencial), não importando o quão

pequeno seja o seu valor”.

“Uma substância que não pode sustentar uma tensão de

cisalhamento quando em repouso”.

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Aula 01Introdução

Definição de Fluido

Quando uma tensão de cisalhamento é aplicada:

o O fluido se deforma continuamente;

o O sólido se deforma, mas não continuamente;

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Aula 01Introdução

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Duas Classes de Fluidos: Líquidos e Gases

Líquidos: O espaçamento entre as moléculas é maior e as forças

intermoleculares são fracas (em relação aos sólidos). Por esse motivo, as

moléculas de um líquido apresentam maior liberdade de movimento e,

assim, podem ser facilmente deformados, mas não comprimidos.

Exemplos: água, óleo, glicerina, leite e etc.

Gases: Apresentam espaços intermoleculares ainda maiores e as forças

intermoleculares são desprezíveis. A liberdade de movimento das

moléculas é ainda maior do que àquela nos líquidos. As consequências

destas características são que os gases são facilmente deformados,

compressíveis e sempre ocuparão totalmente o volume de qualquer

reservatório que o armazene.

Exemplos: ar, oxigênio, gás natural e etc.

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Aula 01Introdução

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Equações Básicas

A análise de qualquer problema de mecânica dos fluidosinclui, necessariamente, o estabelecimento das leisbásicas que governam o movimento fluido e são:

Conservação da Massa

2ª Lei de Movimento de Newton

O princípios da quantidade de movimento angular

1ª Lei da Termodinâmica

2ª Lei da Termodinâmica

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Equações Básicas

o Nem todas as leis são necessárias para resolver um

problema qualquer;

o Em muitos problemas é necessário buscar relações

adicionais ou equações de fechamento. A equação do

estado (gás ideal) é uma delas, e relaciona a massaespecífica com a pressão e a temperatura,

𝑝 = 𝜌𝑅𝑇

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Métodos de Análise

o Sistema / Volume de Controle

o Diferencial / Integral

o Lagrange / Euler

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Método de Descrição: Lagrangeano

o Referencial Lagrangeano (Lagrange): método de

descrição que segue a partícula. Acompanha

elementos de massa identificáveis

2

2

dt

rdm

dt

VdmamF

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Aula 01Introdução

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Método de Descrição: Euleriano

o Referencial Euleriano (Euler): focaliza a atenção sobre

as propriedades de um escoamento em determinado

ponto do espaço como uma função do tempo.

o As propriedades do campo de escoamento são

descritas como funções das coordenadas espaciais e

do tempo.

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Aula 01Introdução

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Método de Descrição: Lagrangeano x Euleriano

o Todas as leis físicas são definidas para um referencial Lagrangeano:

conservação da massa, quantidade de movimento, energia e etc.

o Elas aplicam-se a corpos que possuem uma massa (identidade)

fixa.

o Como tratar corpos que se deformam continuamente?

o Reescrever as leis a partir de um referencial Euleriano que define os

campos a partir de sua posição no espaço e no tempo.

o Isto é possível por meio do Teorema de Transporte de Reynolds

(TTR).

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Aula 01Introdução

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Dimensões e Unidades

Sistema de unidades mais comuns.

Será empregado o sistema SI de unidades!

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Aula 01Introdução

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Dimensões e Unidades

Para

Converter de

Para Multiplique

por

aceleração ft/s2 m/s2 3,048E-1

Área ft2 m2 9,290E-2

Comprimento ft m 3,048E-1

in m 2,540E-2

milha m 1,609E+3

Energia Btu J 1,055E+3

ft.lbf J 1,356

Força lbf N 4,448

Massa lbm kg 4,536E-1

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16Para

Converter de

Para Multiplique

por

Massa slug kg 1,459E+1

Massa Específica lbm/ft3 kg/m3 1,602E+1

Peso Específico lbf/ft3 N/m3 1,571E+2

Potência Ft.lb/s W 1,356

hp W 7,457E+2

Pressão in. Hg (60oF) N/m2 3,377E+3

lbf/ft2 (psf) N/m2 4,788E+1

lbf/in2 (psi) N/m2 6,895E+3

Temperatura oF oC 5/9(TF-32)

oR K 5,556E-1

Vazão Vol. ft3/s m3/s 2,832E-2

gpm m3/s 6,309E-5

Velocidade ft/s m/s 3,048E-1

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Referências17

Fox, R. W., McDonald, A. T., Pritchard, P. J., Introdução à

Mecânica dos Fluidos, 7ª Edição, LTC, Rio de Janeiro, 2010.

MUNSON, B. R.; YOUNG, D. F.; OKIISHI, T. H., Fundamentos

da Mecânica dos Fluidos. São Paulo: Edgard Blücher, 1997.