Sétima aula de FT. Primeiro semestre de 2014

Transcrição

1 Sétia aula de FT Prieiro seestre de 014

2 Vaos sintetizar o que foi estudado até hoje do caítulo 1: introdução, definição e roriedades do fluido; caítulo : estática dos fluidos; caítulo 3: cineática dos fluidos e caítulo 4: equação da energia ara u escoaento incoressível e e regie eranente. Vaos fazer tabé ais alguns exercícios!

3 1.1 Conceito de fluido Caítulo 1: introdução, definição e roriedades dos fluidos. Substância que não te fora rória e estando e reouso não resiste a nenhu esforço tangencial. 1. Classificação básica Líquidos e gases 1.3 Massa esecífica V kg SI 3

4 Caítulo 1: introdução, definição e roriedades dos fluidos (cont.) 1.4 Peso esecífico G V SI Relação entre eso esecífico e assa esecífica N g 1.6 Obtenção da assa esecífica e função da teeratura 1,7 água ,01788 tc 4 kg 3

5 Caítulo 1: introdução, definição e roriedades dos fluidos (cont.) 1.7 Deterinação da aceleração da gravidade g 980,616,598 cos 0,0069 cos 0,3086 H latitude e graus H altitude e k g aceleração da gravidade e c/s²

6 Caítulo 1: introdução, definição e roriedades dos fluidos (cont.) 1.8 Equação de Claeyron V nrt = ressão absoluta do gás que no SI será e N/² ou Pa V = volue do gás no SI e ³ n = núero de ols = /M, onde = assa e M = assa olecular do gás R = constante universal do gás que no SI seria e J/(ol x K) T = teeratura na escala absoluta, ou seja, Kelvin, onde t K = t C + 73,15 (ou 73) R R J 7 erg 8,314 8,31410 ol K ol K Hg L cal 6,3 1,98 ol K ol K at L 0,08 ol K

7 .1 Conceito de ressão Caítulo : Estática dos Fluidos Considerando ua ressão édia, teos: F N A. Conceito de escala efetiva ou relativa. F PaPascal L SI É aquela que adota coo zero a ressão atosférica local ( at_local ), ortanto nesta escala odeos ter ressões ositivas (aiores que a at ), ressões nulas (iguais a at ) e ressões negativas (enores que a at ), sendo estas tabé denoinadas de deressões ou vácuos técnicos N

8 Caítulo : Estática dos Fluidos (cont.).3 Pressão e u onto fluido na escala efetiva 1 h onde h é definida coo carga de ressão: h

9 Caítulo : Estática dos Fluidos (cont.) Observação: a unidade de carga de ressão será sere ua unidade de coriento seguida do noe do fluido considerado, exelos: ca (etro de coluna d água) e Hg (ilíetro de ercúrio).4 Teorea de Stevin A diferença de ressão entre dois ontos fluidos ertencentes a u fluido incoressível, continuo e e reouso é igual ao roduto do seu eso esecífico ela diferença de cota entre os ontos h h h 1 1

10 Caítulo : Estática dos Fluidos (cont.) Conclusões: as ressões dos ontos de u lano horizontal traçado e u eio fluido são iguais;. a diferença de ressão entre dois ontos fluidos não deende da distância entre eles e si da diferença de cotas; 3. a ressão e u onto fluido não deende do forato do reciiente, desde que ele não seja cailar. h

11 Caítulo : Estática dos Fluidos (cont.).5 Relações entre unidades de ressão 1at 760Hg ,7si N kgf kgf ,033 c 5 N Pa 1bar 10,33ca 14,7 lbf ol kgf kgf c 9,8 N 9,8Pa

12 .6 Equação anoétrica Caítulo : Estática dos Fluidos (cont.) Adotando -se coo referência o onto (1) : 1 1 x H O h h Hg H H O O h Hg x H O

13 Caítulo : Estática dos Fluidos (cont.).7 Escala absoluta de ressão é aquela que adota coo zero o vácuo absoluto, ortanto nesta escala só teos ressões ositivas teoricaente oderíaos ter a ressão nula que corresonderia ao vácuo absoluto. Observação: Para distinguir as duas escalas de ressão (absoluta ou efetiva) convencionaos que ao trabalhar na escala absoluta colocareos o síbolo abs, sendo a única exceção a ressão atosférica, já que esta na escala efetiva valerá sere zero, ortanto o seu valor diferente de zero já indica que está sendo considerada na escala absoluta.

14 Caítulo : Estática dos Fluidos (cont.).8 Diagraa coarativo entre escalas abs at local

15 Caítulo : Estática dos Fluidos (cont.).9 Barôetro É u aarelho que trabalha na escala absoluta e que foi rojetado ara a deterinação da ressão atosférica local que tabé é denoinada de ressão baroétrica. A 0 atlocal h

16 PIEZÔMETRO LIMITAÇÕES Não ede ressões negativas (não se fora a coluna de líquido) É iraticável ara edida de ressões elevadas (a altura da coluna será uito alta) Não ede ressão de gases (o gás escaa, não forando a coluna)

17 Pressão anoétrica é a ressão edida co relação à ressão da atosfera. A diferença entre ressão anoétrica e ressão absoluta é a ressão atosférica. A ressão anoétrica tabé é chaada de ressão efetiva que é aquela que adota coo zero a ressão atosférica local (ressão baroétrica). Por ser ais barato, ois o sensor é ais siles, geralente se ede a ressão anoétrica..11 Manôetro etálico tio Bourdon int ext Mede a ressão anoétrica, que é a ressão interna enos a externa. ext at int

18 Vacuôetro = só escala negativa Se ext int at ext int

19 Manovacuôetro = aresenta a escala negativa e a escala ositiva Se ext int at ext int

20 Blaise Pascal Entre os dezoito e dezenove anos inventou a rieira áquina de calcular. Aos vinte anos alicou seu talento à física, ois se interessou elo trabalho de Torricelli sobre ressão atosférica, deixando coo resultado o Princíio de Pascal sobre a lei das ressões nu líquido, que ublicou e 1653 no seu Tratado do equilíbrio dos líquidos. PUTS!.1 Lei de Pascal ( ) Ao se alicar a ressão e u onto fluido ela se transite integralente aos deais ontos. Vantagens dos fluidos sobre os sólidos! htt://

21 Existe uitas vantagens de se trabalhar co fluido e relação aos sólidos! Para os sólidos a roagação da força é na direção da sua alicação e só se consegue udá-la através de engrenagens. Já nos fluidos ela se roaga esontaneaente e todas as direções

22 Pensando e alguas alicações.

23 ?! Vai acabar quebrando! 1. Suonha ua garrafa cheia de líquido, o qual é raticaente incoressível. Se alicaros ua força de 100 N nua rolha de 1 c² de área. 4. Se o fundo tiver ua área de 0 c², existirá no eso ua força de 000N. 3. O resultado será ua ressão de 100 N/c² agindo e todos os seus ontos.

24 Sintetizando o caítulo : estática dos fluidos anôetro vacuôetro anovacuôetro coluna de fluido iezôetro anôetro etálico tio Bourdon barôetro edidores de ressão kgf 1 at 760 Hg kgf 10,33 ca 1,033 c unidades de ressão Pa 1,0 10 Pa lbf 1 bar 14,7 si(ou ) ol int erna externa Pressão 09/09/009 - v11 é ua grandeza escalar ressão e u onto fluido ertecente a u fluido h atloc al teorea de Stevin onto fluido e reouso é igual e todas as direções contínuo incoressível reouso 1 (h h1) at = 0 vácuo absoluto = 0 efetiva ou relativa absoluta h escalas de ressão abs atloc al carga de ressão equação anoétrica lei de Pascal h h ressão alicada e u onto fluido é transitida integralente a todos os ontos

25 Caítulo 3: Cineática dos fluidos 3.1 Escoaento e regie eranente O teo não é ua váriavel do que estudaos. 3. Conceito de vazão ou vazão voluétrica Q V t

26 3.3 Conceito de velocidade édia Caítulo 3: Cineática dos fluidos (cont.) Para efeito de diensionaento das tubulações é fundaental que se recorra a outra exressão ara esecificação da vazão: Q v A onde: v = velocidade édia do escoaento A = área da seção forada elo fluido

27 É fundaental tabé que se saiba efetuar a edição de vazão

28

29 Coletaos u volue V (0L) e u certo teo (10s) Q V t 0 10 L s

30 Se consideraros u escoaento e regie eranente, ainda odeos escrever: Q Q 1 Q cte

31 Caítulo 4: Equação da energia ara u escoaento incoressível e e regie eranente 4.1 Introdução Neste caítulo efetuaos u balanço de cargas ecânicas (carga igual a energia or unidade de eso do fluido) entre duas seções do escoaento. 4. Tios de cargas observadas na seção do escoaento Carga otencial de osição 4.. Carga de ressão z gz g z L G G L

32 Caítulo 4: Equação da energia ara u escoaento incoressível e e regie eranente (cont.) 4..3 Carga cinética v g 1 v g v g L 4.3 Carga ecânica total e ua seção do escoaento incoressível e e regie eranente H z v g

33 Caítulo 4: Equação da energia ara u escoaento incoressível e e regie eranente (cont.) 4.4 Equação de Bernoulli Hióteses: 1. fluido ideal ( = 0);. trecho se áquina hidráulica; 3. escoaento se troca de calor; 4. escoaento e regie eranente; 5. escoaento incoressível; 6.roriedades unifores na seção. H z 1 1 H 1 v1 g z v g

34 Caítulo 4: Equação da energia ara u escoaento incoressível e e regie eranente (cont.) 4.5 Alicação da equação de Bernoulli, equação da continuidade e equação anoétrica no edidor de vazão tio Venturi teórica teórica 4 1 O H O H Hg teórica A v Q D D 1 gh v v

35 Vaos agora rocurar deteriner a carga total e cada ua das seções fixada na angueira que te u diâetro interno igual a 50 H z v g Q A v L s D , s 3 0,05 4 1,0 v A s v 1 v As velocidades são iguais orque a Q é constante!

36 Isto eso e adotando o lano horizontal de referência no eixo da angueira, teos: H z v g H ,0 9,8 0,1 H ,0 9,8 17,1 Por que a diferença?

37 Prieiro ara ter o Escoaento, ois e u trecho se áquina hidráulica o fluido sere escoa da carga aior ara a carga enor! H z v g H1 H O fluido escoa da seção 1 ara a seção. E o que origina esta diferença?

38 É a viscosidade () do fluido! H1 H E o que ve a ser viscosidade?

39 Vou buscar o conceito de viscosidade!

40 A viscosidade é a roriedade que o fluido te que exrie a resistência que ele oferece aos esforços tangenciais. Ela tabé é resonsável elo atrito do fluido co as aredes internas do conduto or onde ele escoa e o atrito entre as caadas fluidas. Então é ela que é resonsável ela existência da erda de carga?

41 H H inicial if H final H inicial erda de carga H final H if Exataente! A viscosidade é tabé denoinada de viscosidade dinâica e e nosso curso será reresentada ela letra, tendo sua equação diensional reresentada or: F T L SI N s Pa s Coo deterinaos a viscosidade?

42 A viscosidade ode ser deterinada or u viscosíetro, or exelo o de Saybolt.

43 O viscosíetro Saybolt está baseado no teo de assage de u deterinado volue do fluido, geralente 60 L, através de u orifício, que ode ser o UNIVERSAL ou o FUROL, o que erite deterinar a viscosidade Saybolt Universal (SSU) e Saybolt Furol (SSF) a teeraturas que varia entre abiente 5ºC e 50 C. O ensaio baseia-se na edição dos segundos que ua quantidade adrão de aostra consoe ara escoar através de u furo adronizado, a ua teeratura constante e uito recisa.

44 Coo? Co o viscosíetro de Saybolt deterinaos a viscosidade cineática n.

45 n L T n SI s Por exelo: B n A t t t teo cronoetrado A e B ar6aetros que deende do viscosíetro Beleza, as tendo a viscosidade cineática, coo deterinaos a viscosidade dinâica?

46 Lebrando que: n assa esecífica assa volue V E se a assa esecífica eranecer constante ao longo do escoaento o eso é considerado incoressível! É isso aí!

47 É iortante se definir as unidades da viscosidade e da viscosidade cineática no Sistea CGS, ois o eso uitas vezes é utilizado e tabelas destas roriedades do fluido

48 s 10 1St 100cSt 100centistokes 1St St stoke s c T L s Pa 10 ² s N 10 ² 10 s N 10 1 c s dina 1 1oise ² 10 1c² N 10 1dina 100centioise oise c s dina L T F 4 CGS CGS n n

49 Outra onto que erece destaque é o conceito de assa esecifica relativa (densidade relativa), já que tabé é uito utilizada e tabelas de roriedades dos fluidos. Esta roriedades relaciona a assa esecífica do fluido co a assa esecífica adrão

50 R R adrão líquido 1000kg / ³ Exataente, e a assa esecífica adrão ara líquidos e a assa esecifica d água a 4 0 C que é igual a 1000 kg/³ e ara os gases é a assa esecífica do ar nas CNPT (condições norais de ressão e teeratura) E coo achaos a assa esecífica adrão do ar nas CNPT?

51 É originada da equação de Cleeyron: V nrt V R gás R M T N Pa ; T K 3 V T R ar M RT 87 s K kg E se a assa esecífica eranecer constante ao longo do escoaento o eso é considerado incoressível! É isso aí!