slides de conceitos fundamentais, Notas de aula de Mecânica

Baixe slides de conceitos fundamentais e outras Notas de aula em PDF para Mecânica, somente na Docsity!

Conceitos fundamentais em

Mecânica dos Fluidos

PME Fenômenos de Transporte Aula 01 Prof. Dr. Bruno Souza Carmo

Mecânica dos fluidos

• Mecânica : ramo do física que lida com movimento, energia e forças
• A Mecânica dos Fluidos trata do comportamento dos fluidos em repouso (estática) e em movimento (dinâmica)
• Aplicações : transporte, propulsão, forças fluidas em estruturas, máquinas de fluxo, lubrificação, engenharia biomédica, esportes, geração de energia, refrigeração, aquecimento, dispersão de poluentes, etc.

O fluido como meio contínuo I

• Na Mecânica dos Fluidos clássica, o fluido é considerado um meio contínuo, isto é, as dimensões características do sistema são muito maiores do que o livre caminho médio das moléculas (≈ 10 - m para gases e ≈ 10 - m para líquidos).
• Sendo assim, assumimos que as propriedades dos fluidos variam continuamente no espaço, permitindo o uso do Cálculo Diferencial na sua análise.

O fluido como meio contínuo II

Ex: massa específica ρ (massa por unidade de volume) m V V V = OLP V V m V

Densidade e peso específico

• A densidade relativa , ou apenas densidade , SG , é a razão entre a massa específica do fluido e a massa específica da água a 4 °C (1000 kg/m 3 ): SG = ρ / ρ água
• O peso específico , γ , é o peso da substância por unidade de volume: γ = mg / V = ρg

Forças e campo de tensão

• Tipos de força ▫ Forças de superfície (pressão, atrito) ▫ Forças de campo ou corpo (gravidade, magnética)
• Tensões são geradas por forças de superfície atuando sobre uma partícula fluida Tensão = Força / Área
• As tensões num fluido são majoritariamente geradas por movimento (num sólido são geradas por deflexão).

Campo de tensões I

Um elemento de volume fluido está submetido a um campo de tensões que pode ser baseado num sistema de coordenadas arbitrário xy direção normal do plano de atuação O sinal da tensão é o produto dos sinais da direção da tensão e da normal da superfície onde ela atua

Campo de tensões II

O campo de tensões é uma grandeza tensorial xx xy xz yx yy yz zx zy zz

Viscosidade

• Num fluido, as tensões de cisalhamento aparecem devido ao escoamento viscoso e estão relacionadas à taxa de deformação.
• A viscosidade é uma propriedade do fluido que fornece esta relação entre tensão de cisalhamento e taxa de deformação.
• Para um fluido em repouso, não existirá tensão de cisalhamento.

Taxa de deformação I

Num intervalo δt , o elemento fluido é deformado de MNOP para M’NOP’. A taxa de deformação é dada por: OLP t 0

t

G

Gt

Fluidos newtonianos

São fluidos nos quais a tensão de cisalhamento é diretamente proporcional à taxa de deformação: Exemplos: ar, água, boa parte dos óleos. xy Gu Gy

Viscosidade dinâmica

A constante de proporcionalidade da equação anterior é a viscosidade dinâmica , μ , que é uma propriedade do fluido. Esta equação é a Lei de Newton da viscosidade. Dimensão de μ : Unidades: xy = μ Gu Gy F t L 2

M

Lt

NJ

P · V

RX 3D · V

Fluidos não newtonianos – vídeo

Fluidos não newtonianos

A relação entre τ xy e d u /d y pode ser representada por um modelo exponencial para pseudoplásticos ( n <1) e dilatantes ( n >1): Plásticos de Bingham comportam-se como sólido até uma tensão limítrofe. xy = k

Gu Gy

n xy = l + μp Gu Gy