MECÂNICA DOS FLUIDOS 2 ME262

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS (CTG) DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA (DEMEC) MECÂNICA DOS FLUIDOS 2 ME262 Prof. ALEX MAURÍCIO ARAÚJO Recife - PE

2 Mecânica dos Fluidos 2 (ME 262) Curso: Engenharia Mecânica Professor: Alex Maurício Araújo Carga Horária: 60h (Teoria e conceitos)) (3ª;5ª feiras) (08-10h) 30h Exercícios: Monitoria (à combinar!) Texto: Introdução à Mecânica dos Fluidos / Fox e McDonald/ 6ª edição Avaliação: 1º EE 2º EE 3º EE Ex. Final 1ª Nota 2ª Nota Cronograma: Programação das Datas dos Exames. Objetivos: Formar base analítica para prever e controlar o comportamento dos fluidos em sistemas e processos da Engenharia Mecânica; Capacitar para analisar e resolver problemas com fluidos. Ferramentas: Análises dos cálculos diferencial e integral. Abrangência: Propriedades; Estática; Cinemática; Dinâmica.

3 Mecânica Sólidos Fluidos Relativística Quântica Estática Dinâmica Incompressível ρ = cte Compressível Real (viscoso) μ 0 Ideal (não-viscoso) μ = 0 Real Ideal Laminar NRe Turbulento NRe Prever e controlar o comportamento dos fluidos para: - planejar - projetar MÁQUINAS, SISTEMAS e - construir PROCESSOS de Eng. Mecânica - operar

4 Capítulo 1 - Introdução Objetivos. Metodologia de solução de problemas. Importância dos meios fluidos. Definição de fluido. Condição de não-deslizamento. Métodos de análise. Abordagens e abrangências. Sistemas e volume de controle. Sistemas de coordenadas. Princípios Físicos da Mecânica dos Fluidos. Solução dos problemas da Mecânica dos Fluidos. Exemplo: uso de sólido e fluido num projeto de engenharia. Sistemas de unidades: exemplo caso da pressão. Referências adicionais:

5 Metodologia de solução de problemas: 1 Declare com suas próprias palavras, a informação dada e a desejada. 2 Faça um desenho esquemático do S ou do VC a ser usado na análise. Assinale as suas fronteiras e os sentidos apropriados do sistema de coordenadas. 3 Apresente a formulação matemática das leis básicas necessárias para resolver o problema. 4 Relacione as hipóteses simplificadoras que você considera apropriadas ao problema. 5 Complete a análise algebricamente, antes de introduzir valores numéricos. 6 Use valores numéricos (com sistema consistente de unidades), a fim de obter uma resposta numérica. a) Faça referência à fonte de valores com relação a qualquer propriedade física. b) Observe se os algarismos significativos da resposta são consistentes com os dados fornecidos. 7 - Verifique a resposta, e reveja as hipóteses da solução, a fim de assegurar que são razoáveis.

6 Importância dos meios fluidos Escala planetária Atmosfera 100% Água 71% Escala humana A água cobre 71% da Terra (sendo que disso 97% é água do mar e 3% é água doce mas grande parte destes 3% encontram-se nos calotes polares e nos lençóis freáticos). No corpo humano a água é o principal constituinte (entre 70% a 74%)

7 Fotografia da Terra apresentando em terceiro plano a Lua, tirada de bordo da Apolo-8 no Natal de Destaca-se a limitação externa da atmosfera terrestre, a grande altitude. Fotografia da Terra apresentando em primeiro plano a superfície lunar, tirada de bordo da Apolo-8 no Natal de 1968.

8 Definição de fluido Linhas de tempo ( No-slip condition ) SÓLIDOS FLUIDOS Fluido: é uma substância que se deforma continuamente sob a aplicação de uma tensão de cisalhamento (τ), não importando quão pequena seja. substância incapaz de suportar tensões de cisalhamento (τ) quando em repouso.

9 Métodos de análise: - S/VC - Diferencial/ Integral - Lagrange/ Euler VC (S) SISTEMA (S) VOLUME DE CONTROLE (VC) DIFERENCIAL INTEGRAL

10 MÉTODO DE DESCRIÇÃO LAGRANGE Método que segue a partícula. Mecânica da partícula. MÉTODO DE DESCRIÇÃO EULER / DE CAMPO Fluido composto de grande número de partículas, a descrição de Lagrange é inviável. Foca a atenção sobre as propriedades de um escoamento em um certo ponto P (x, y, z) em função do tempo. p = p (x, y, z, t) Sistemas de coordenadas: P (x, y, z) Coordenada Cartesiana (r, Ө, z) Coordenada Cilíndrica

11 Princípios Físicos da Mecânica dos Fluidos: 1 Conservação da massa (M) 2 Conservação do momento linear ( P ) 3 Conservação do momento angular ( H ) 4 Conservação de energia (E) 5 2º LTD. (S) Eles governam o comportamento físico da matéria. Se pudermos prever o comportamento do fluido, pode-se: planejar, projetar, construir e operar de modo correto máquinas, sistemas e processos que usam fluidos como componente. Solução dos problemas da Mecânica dos Fluidos:

12 Sólidos e fluidos A haste transmite a fa e, para equilibrar, exerce-se F=100N no pistão maior! Um sólido transmite a força que se exerce sobre ele. Um fluido transmite a pressão que se exerce sobre ele, em todas as direções. Esta propriedade dos fluidos, a de multiplicar ou reduzir uma força, tem muitas aplicações práticas: máquinas de fluxo, prensas, elevadores e freios. Servo freio

13 Unidades de p : - psi (lb / in²) - psf (lb / ft ²) - atm - N/m ² (Pa) - kgf / cm² - ft de ar - mca - mm Hg Colunas de fluido

14 Mensagens 1) Provérbio chinês: Ouço e esqueço vejo e recordo faço e compreendo. 2) Mudança de cultura (modelo/ paradigma): O que está ao meu alcance para melhorar o processo? Eu posso fazer o que eu posso, e, vou fazer isso melhor! FIM