FENÔMENOS DE TRANSPORTES AULA 1 FLUIDOS PARTE 1

Transcrição

1 FENÔMENOS DE TRANSPORTES AULA 1 FLUIDOS PARTE 1 PROF.: KAIO DUTRA

2 Definição de Um Fluido Definição elementar: Fluido é uma substância que não tem uma forma própria, assume o formato do meio.

3 Definição de Um Fluido Um fluido é uma substância que se deforma continuamente sob a aplicação de um tensão de cisalhamento (tangencial), não importa quão pequena ela seja. Um solido deforma-se quando uma tensão de cisalhamento lhe é aplicada, mas sua deformação não aumenta continuamente com o tempo.

4 Massa Específica Para encontrarmos a massa específica ρ de um fluido em qualquer ponto, isolamos um pequeno elemento dv e medimos a massa dm do fluido contida dentro desse elemento. De forma que: ρ = dm dv

5 Massa Específica Uma forma alternativa de expressar a massa específica de uma substância é compará-la com um valor de referência aceito, tipicamente a massa específica máxima da água, ρh20 (1.000 kg/m³ a 4 C(277K)). Desse modo, a gravidade específica, ou densidade relativa, SG, de uma substância é expressa como: Por exemplo, a SG do mercúrio é tipicamente 13,6 o mercúrio é 13,6 vezes mais denso que a água

6 Equações Básicas A análise de qualquer problema de mecânica dos fluidos inclui, necessariamente, o estabelecimento das leis básicas que governam o movimento do fluido. As leis básicas, que são aplicáveis a qualquer fluido, são: A conservação da massa A segunda lei do movimento de Newton O princípio da quantidade de movimento angular A primeira lei da termodinâmica A segunda lei da termodinâmica

7 Equações Básicas Nem todas as leis básicas são necessárias para resolver um problema qualquer. Por outro lado, em muitos problemas é necessário buscar relações adicionais que descrevam o comportamento das propriedades físicas dos fluidos sob determinadas condições. A equação de estado do gás ideal é um modelo que relaciona a massa específica com a pressão e a temperatura para muitos gases sob condições normais.

8 Exemplo 1 Um tanque de oxigênio comprimido para corte à chama deve conter 15Kg de oxigênio à pressão manométrica de 10 Mpa (a temperatura de 35 C). Qual deve ser o volume do tanque? Dados: R ox =259,8 J/KgK; Pressão atmosférica (atm)= 101x10³Pa; T(K)=T( C)+273.

9 Sistema e Volume de Controle Sistema: é definido como uma quantidade de massa fixa e identificável; o sistema é separado do ambiente pelas suas fronteiras. As fronteiras do sistema podem ser fixas ou móveis; contudo, nenhuma massa cruza essas fronteiras. Volume decontrole: é um volume arbitrário no espaço através do qual o fluido escoa. A fronteira geométrica do volume de controle é denominada superfície de controle.

10 Exemplo 2 Um trecho de redução em um tubo de água tem um diâmetro de entrada de 50mm e diâmetro de saída de 30mm. Se a velocidade média na entrada é de 2,5m/s, encontre a velocidade de saída. Dados: Vazão volumétrica (m³/s): Q ሶ = v A Vazão mássica (Kg/s): m ሶ = ρ v A

11 Dimensões e Unidades Dimensões: são as quantidades físicas tais como comprimento, tempo, massa e temperatura. Em termos de um sistema particular de dimensões, todas as quantidades mensuráveis podem ser subdivididas em dois grupos: Quantidades ou grandezas primárias: Pequeno grupo de dimensões básicas, a partir do qual todos os outros podem ser formados. Quantidades ou grandezas secundárias: São aquelas cujas dimensões são expressas em termos das dimensões das quantidades primárias.

12 Dimensões e Unidades Quantidades ou grandezas primárias: Comprimento(m); Massa(g); Tempo(s); Carga elétrica(c); Quantidade de matéria (mol); Temperatura(K); Intensidade luminosa (Cd).

13 Sistemas de Unidades

14 Exercícios 1. Um tanque esférico de diâmetro interno igual a 500 cm contém oxigênio comprimido a 7 MPa e 25 C. Qual é a massa de oxigênio? Resp.: 5917Kg 2. Ar comprimido escoa por um tubulação principal de 2 com velocidade de 15m/s, qual deve ser o diâmetro de uma ramificação para que apenas 20% da vazão escoe por ela? Resp.: Resp.: 22,7mm 3. Um reservatório de litros é abastecido com oxigênio a uma temperatura de 30 C e uma pressão absoluta de 150bar. Aproximadamente quantos cilindros de 5 litros a uma pressão absoluta de 70bar e temperatura de 30 C o reservatório é capaz de encher? Resp.:3428 cilindros