Introdução aos Fenômenos de Transporte

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1 aos Fenômenos de Transporte Aula 2 - Mecânica dos fluidos Engenharia de Produção 2012/1 aos Fenômenos de Transporte

2 O conceito de fluido Dois pontos de vista: Macroscópico: observação da matéria do ponto de vista sensorial (matéria consiste no que tocamos e vemos ) Microscópico: descrição da matéria através de sua estrutura molecular Vamos nos ater primeiramente ao ponto de vista macroscópico. aos Fenômenos de Transporte

3 Definição elementar de fluido Definição mais elementar de fluido: é uma substância que não tem forma própria, assume o formato do recipiente que o contém. Líquidos: fluido que apresenta superfície livre Gases: fluido que não apresenta superfície livre. aos Fenômenos de Transporte

4 Definição elementar de fluido Definição mais elementar de fluido: é uma substância que não tem forma própria, assume o formato do recipiente que o contém. Líquidos: fluido que apresenta superfície livre Gases: fluido que não apresenta superfície livre. Do ponto de vista prático, essa definição de fluido não nos leva muito longe... aos Fenômenos de Transporte

5 Experiência das duas placas Definição mais rigorosa de fluido é necessária. Ponto de partida: experiência das duas placas. Sólido entre placas: Força tangencial constante sólido se deforma angularmente até uma nova situação de equiĺıbrio estático. aos Fenômenos de Transporte

6 Experiência das duas placas Fluido entre placas: Princípio da aderência: os pontos de um fluido em contato com uma superfície sólida possuem a mesma velocidade que essa superfície. aos Fenômenos de Transporte

7 Experiência das duas placas Escoamento laminar ou estacionário: camadas adjacentes deslizam sobre as outras de forma ordenada Escoamento turbulento: camadas apresentam evolução temporal desordenada do ponto de vista macroscópico. aos Fenômenos de Transporte

8 Equação de Newton para a viscosidade Movimento relativo entre placas: t = 0, velocidade nula início do movimento: é acelerada por uma força externa F. após algum tempo, o fluido ganha momento linear e se aproxima do escoamento laminar. Nesse instante, A força externa é equilibrada com a força tangencial interna ao fluido (originadas do atrito entre camadas devido as diferenças de velocidade entre as mesmas), e a superfícia passa a se deslocar com v constante. Deslocamento relativo entre placas tensões de cisalhamento aos Fenômenos de Transporte

9 Equação de Newton para a viscosidade τ yx = µ dv x dy τ yx (tensão de cisalhamento): Força (na direção x) por unidade de área perpendicular à direção y.(f µ = τ yx A) µ constante de proporcionalidade inerente ao fluido, chamada de viscosidade. Fluidos que obedecem à eq.(1) são chamados de fluidos newtonianos. (Tema de seminário 1: fluidos não-newtonianos) aos Fenômenos de Transporte (1)

10 Equação de Newton para a viscosidade Unidade de µ: [µ] = Pa s Exercício 1: demonstre! (2) Considerando o fluido como sendo um meio contínuo e homogêneo (propriedades médias coincidem com propriedades dos pontos), definimos as seguintes grandezas: ρ = m V massa específica (3) γ = G V peso específico (4) ν = µ ρ viscosidade cinemática (5) Exercício 2: defina as unidades das grandezas acima no S.I aos Fenômenos de Transporte

11 Equação de Newton para a viscosidade Fato empírico: µ depende da temperatura e da pressão. De modo geral: gases com baixa densidade: viscosidade aumenta com o aumento da temperatura ĺıquidos: viscosidade diminui com o aumento da temperatura Tema de seminário 2: modelos para a dependência µ(t ). Tema de seminário 3: Será que existem fluidos com viscosidade nula? Superfluidez aos Fenômenos de Transporte

12 Equação de Newton para a viscosidade aos Fenômenos de Transporte

13 Modelos mais realistas para a viscosidade Tarefas: Ler o tópico Dependência de temperatura e pressão da viscosidade. Ler o tópico Teoria molecular da viscosidade de gases a baixas densidades. Ler o tópico Teoria molecular para a viscosidade de ĺıquidos aos Fenômenos de Transporte