mecânica dos fluidos & maquinas hidraulicas

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PROJETO MRN/CEFET-PA MRN/CEFETCURSO TCNICO EM MECNICA PROF. CARLOS DIAS DISCIPLINA: MEC.FLUIDOS E MQ. HIDRULICAS

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Material apresentado Coordenao de Mecnica, como parte integrante do contedo da disciplina Mecnica dos Fluidos e Mquinas Hidrulicas, do Curso de Tcnico em Mecnica. Mecnica. PROFESSOR: Carlos Alberto Duarte Dias COMPETNCIA GERAL DO COMPONENTE: Proporcionar conhecimentos sobre mecnica dos fluidos, conceitos e formulaes sobre os principais fenmenos relacionados s mquinas de fluxos, sistemas e equipamentos utilizados no campo prtico, facilitando a compreenso do funcionamento e anlise do desempenho.

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I- Fundamentos da Mecnica dos Fluidos: Fluidos: 1.1- Introduo: Introduo: Mecnica dos Fluidos a cincia que estuda o comportamento fsico dos fluidos, assim como as leis que regem esse comportamento. comportamento. As bases lanadas pela Mecnica dos Fluidos so fundamentais para muitos ramos de aplicao da engenharia. Dessa engenharia. forma, o escoamento de fluidos em canais e condutos, a lubrificao, os esforos em barragens, os corpos flutuantes, as mquinas hidrulicas, a ventilao, a aerodinmica e muitos outros assuntos lanam mo das leis da Mecnica dos Fluidos para obter resultados de aplicao prtica. prtica.

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1.21.2- Conceitos fundamentais e definio de fluido: A matria apresenta-se no estado slido e no estado fluido, este apresentaabrangendo os estados lquido e gasoso. gasoso. O espaamento e atividade intermoleculares so maiores nos gases, menores nos lquidos e muito reduzidos nos slidos. slidos. A definio de fluido introduzida, normalmente, pela comparao dessa substncia com um slido. A definio mais simples diz: Fluido uma slido. diz: substncia que no tem forma prpria, assume o formato do recipiente. recipiente. Entretanto, possvel introduzir uma outra que, apesar de ser mais complexa, permite construir uma estrutura lgica que ser de grande utilidade para o estudo da Mecnica dos Fluidos. Fluidos. Essa definio est novamente ligada comparao de comportamento entre um slido em um fluido, por uma observao prtica denominada Experincia das Duas Placas , que diz: Fluido uma substncia que diz: se deforma continuamente, quando submetida a uma fora tangencial constante qualquer, ou seja, fluido uma substncia que, submetida a uma fora tangencial constante, no atinge uma nova configurao de equilbrio esttico. esttico.

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1.3- Hidrosttica 1.3- Hidrosttica: o ramo da Fsica que estuda a fora exercida por e sobre lquidos em repouso. Este nome faz referncia ao primeiro repouso. fluido estudado, a gua, assim por razes histricas se mantm este nome. nome. Ao estudar hidrosttica de suma importncia falar de densidade, presso, Princpio de Pascal, Empuxo e o Princpio Fundamental da Hidrosttica. Hidrosttica. 1.3.11.3.1- Massa Especfica ( ): Tambm conhecida como Densidade Absoluta, a massa do fluido por unidade de volume: m= massa fluida. V= volume do fluido = massa especfica = m V

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Sistemas /Unidades:

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1.3.21.3.2- Peso Especfico ( ): o peso do fluido por unidade de volume. Onde: W = peso do fluido e V = volume =W V Unidades: Sistemas MK*S ------S I ------CGS ------= kgf m3 = N m3 = dina cm3

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1.3.31.3.3- Peso Especfico Relativo ou Densidade para Lquidos: a relao entre o peso especfico do lquido e o peso especfico da gua em condies padro (destilada / 40C). C). Como o peso especfico e a massa especfica diferem por uma constante, conclui-se que o peso especfico relativo e a massa concluiespecfica relativa coincidem. coincidem. 1.3.41.3.4-Presso (p): DefiniDefini-se presso, como fora por unidade de rea, cuja frmula : P = F ; sendo: A F= Fora e A= rea da seo.

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Atmosfera Normal (AN): De acordo com a experincia de Torricelli, o valor da atmosfrica ao nvel do mar : p0= 10.328 kgf/m2= 1,033 10. est a atmosfera fsica ou atmosfera normal (AN), que uma coluna de mercrio de 760 mm de altura, ou seja: seja: 10. 10.328 kgf/m2 = 1,033 kgf/cm2 = 760 mmHg. mmHg.

presso kgf/cm2; equilibra 1 AN =

Atmosfera Tcnica: Para simplificar, costume adotar p0= 10.000 kgf/m2 = 1kgf/cm2, que a chamada Atmosfera Tcnica. 1 atm = 10.000 kgf/m2 = 1kgf/cm2 = 10 mca = 0,968 AN = 736 mmHg.Atmosfera Local: A presso atmosfrica diminui quando a altitude aumenta; a coluna de mercrio desce, aproximadamente, 1 mm para cada 15m de aumento da altitude.

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As unidades de presso podem ser divididas em trs grupos: a) Unidades de presso propriamente ditas, baseadas na ditas, definio (F / A). Entre elas, as mais utilizadas so: Kgf/m2; kgf/cm2; N/m2; Pa (Pascal); daN/cm2 = bar (decanewton por centmetro quadrado); lb/pol2 = psi (pounds per square inches=libras por (pounds inches=libras polegada ao quadrado). A relao entre essas unidades facilmente obtida por uma simples transformao: 1kgf/cm2 = 104 kgf/m2 = 9,8 x 104 Pa = 0,98 bar = l4,2 psi

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b) Unidades de carga de presso utilizadas para indicar presso. presso. Essas unidades so indicadas por unidade de comprimento seguida da denominao do fluido que produziria a carga de presso (ou coluna) correspondente presso dada. Por exemplo: dada. exemplo: mmHg (milmetros de mercrio); mca (metros de coluna de gua); mercrio); gua); cmca (centmetros de coluna de gua). Assim, na prtica a gua). representao da presso em unidade de coluna do fluido e bastante prtica, pois permite visualizar de imediato a possibilidade que tem certa presso de elevar um fluido a certa altura. (veremos quando do altura. estudo do Teorema de Stevin). Stevin).

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c) Unidades definidas. Entre elas, destaca-se a unidade atmosfera definidas. destaca(atm), que, por definio, a presso que poderia elevar de 760 atm), mm uma coluna de mercrio. Logo 1 atm = 760 mmHg = 101.230 mercrio. 101. Pa = 101,23 kPa = 10.330 kgf/m2 = 1,033 kg/cm2 = 1,01 bar = l4,7 101, 10. 10, mca. psi = 10,33 mca. Presso Efetiva e Presso Absoluta: Absoluta: A Presso Efetiva pode ser: a) Positiva: quando superior a p0; Positiva: b) nula: quando for igual a p0; nula: c) Negativa: quando inferior a p0 ( o caso de depresso ou de Negativa: vcuo parcial). parcial). A presso efetiva tambm conhecida como presso manomtrica, manmetros. manomtrica, devido ser a presso medida pelos manmetros.

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A presso em um ponto tambm pode ser calculada a partir do zero absoluto (vcuo perfeito ou total), obtendo-se neste caso, a Presso obtendoAbsoluta. Absoluta. Agora a presso nula corresponde ao vcuo total, e, portanto, a presso absoluta sempre positiva. Tem-se: positiva. Tem-se: pab = pef + p0

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Medidores de Presso. Definies: Manmetro: um instrumento para medir a Presso Efetiva. Vacumetro: Vacumetro: um manmetro que indica Presses Efetivas Negativas, bem como as positivas e nulas. Piezmetro: Piezmetro: tambm chamado de Tubo Piezomtrico, a mais simples forma de manmetros. Consta de um tubo aberto nas duas extremidades, uma das quais ir coincidir com o ponto do liquido que se deseja medir a Presso Efetiva. A outra extremidade aberta do tubo fica em contato com a atmosfera, razo porque os piezmetros no servem para medir a presso dos gases. Barmetro: Barmetro: mede o valor absoluto da Presso Atmosfrica. Altmetro: Altmetro: o barmetro construdo especialmente para obteno de altitudes, como, por exemplo, as de uma aeronave em relao ao nvel do mar.

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Classificao dos Manmetros: a) Manmetros de Lquido: So tubos transparentes e recurvados, Lquido: geralmente em forma de U . Os tubos contm o lquido manomtrico (lquido destinado a medir a presso do fluido). Para fluido). grandes presses, usa-se o Hg como lquido manomtrico; para usamanomtrico; pequenas presses, os lquidos de pequena densidade (leo, etc.). etc.

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a.1) Piezmetro (coluna piezomtrica): Consiste em um simples tubo de vidro que, ligado ao reservatrio, permite medir diretamente a carga de presso.

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a.2) Manmetros Diferenciais: Diferenciais: Os manmetros de tubo em U , ligados a dois reservatrios, em vez de ter um dos ramos abertos atmosfera, chamam-se manmetros chamamdiferenciais. diferenciais.

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