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EM34B
Mecânica dos Fluidos 1Prof. Dr. André Damiani Rocha
Aula 01 – Parte II: Introdução
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.
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
Aula 01Introdução
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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
Aula 01Introdução
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Métodos de Análise
o Sistema / Volume de Controle
o Diferencial / Integral
o Lagrange / Euler
Aula 01Introdução
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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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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.
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).
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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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
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
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.