Fenômenos de transportes

Transcrição

1 Coleção UAB UFSCar Tecnologia Sucroalcooleira Wu Hong Kwong Fenômenos de transportes mecânica dos fluidos

2 Fenômenos de transportes mecânica dos fluidos

3 Reitor Targino de Araújo Filho Vice-Reitor Pedro Manoel Galetti Junior Pró-Reitora de Graduação Emília Freitas de Lima Secretária de Educação a Distância - SEaD Aline Maria de Medeiros Rodrigues Reali Coordenação UAB-UFSCar Claudia Raimundo Reyes Daniel Mill Denise Abreu-e-Lima Joice Otsuka Sandra Abib Coordenador do Curso de Tecnologia Sucroalcooleira Miguel Antonio Bueno da Costa Conselho Editorial José Eduardo dos Santos José Renato Coury Nivaldo Nale Paulo Reali Nunes Oswaldo Mário Serra Truzzi (Presidente) Secretária Executiva Fernanda do Nascimento UAB-UFSCar Universidade Federal de São Carlos Rodovia Washington Luís, km São Carlos, SP, Brasil Telefax (16) uab@ufscar.br EdUFSCar Universidade Federal de São Carlos Rodovia Washington Luís, km São Carlos, SP, Brasil Telefax (16) edufscar@ufscar.br

4 Wu Hong Kwong Fenômenos de transportes mecânica dos fluidos 2010

5 2010, Wu Hong Kwong Concepção Pedagógica Daniel Mill Supervisão Douglas Henrique Perez Pino Equipe de Revisão Linguística Ana Luiza Menezes Baldin Clarissa Neves Conti Daniela Silva Guanais Costa Francimeire Leme Coelho Jorge Ialanji Filholini Letícia Moreira Clares Luciana Rugoni Sousa Paula Sayuri Yanagiwara Sara Naime Vidal Vital Equipe de Editoração Eletrônica Christhiano Henrique Menezes de Ávila Peres Izis Cavalcanti Rodrigo Rosalis da Silva Equipe de Ilustração Jorge Luís Alves de Oliveira Lígia Borba Cerqueira de Oliveira Priscila Martins de Alexandre Capa e Projeto Gráfico Luís Gustavo Sousa Sguissardi Ficha catalográfica elaborada pelo DePT da Biblioteca Comunitária da UFSCar W959f Wu, Hong Kwong. Fenômenos de transportes : mecânica dos fluidos / Wu Hong Kwong. -- São Carlos : EdUFSCar, p. -- (Coleção UAB-UFSCar). ISBN Mecânica dos fluidos. 2. Manometria. 3. Massa - conservação. 4. Energia - conservação. I. Título. CDD (20 a ) CDU 532 Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou quaisquer meios (eletrônicos ou mecânicos, incluindo fotocópia e gravação) ou arquivada em qualquer sistema de banco de dados sem permissão escrita do titular do direito autoral.

6 SUMÁRIO APRESENTAÇÃO UNIDADE 1: Introdução à mecânica dos fluidos 1.1 Primeiras palavras Problematizando o tema Conceituação de um fluido Propriedades dos fluidos Tensão em um ponto Pressão O fluido e o contínuo Lei de viscosidade de Newton coeficiente de viscosidade Reologia dos fluidos Escoamento laminar e turbulento Experiência de Reynolds Número de Reynolds Algumas definições

7 UNIDADE 2: Estática dos fluidos 2.1 Introdução Pressão Variação da pressão com a posição Relação de pressão Manometria Empuxo Exercício resolvido UNIDADE 3: Balanço global de massa 3.1 Primeiras palavras Problematizando o tema Sistemas versus volumes de controle Balanço global de massa (BGM) Princípio da conservação de massa a um volume de controle fixo no espaço Simplificações UNIDADE 4: Balanço global de energia 4.1 Primeiras palavras Balanço global de energia (BGE)

8 4.3 Simplificações Balanço global de energia mecânica (BGEM) Tubo de Pitot Exercícios resolvidos UNIDADE 5: Balanço global de quantidade de movimento 5.1 Balanço global de quantidade de movimento (BGQM) Simplificações Observação Exercícios resolvidos UNIDADE 6: Camada limite 6.1 Introdução Camada limite Perfil de velocidade na camada limite laminar Coeficiente de resistência Resistência em escoamento sobre uma placa plana Exercício resolvido UNIDADE 7: Escoamento turbulento 7.1 Primeiras palavras Problematizando o tema

9 7.3 Escoamento turbulento Velocidade média no tempo Distribuição de velocidade em um tubo circular liso Observações Exercícios resolvidos Exercício UNIDADE 8: Equações de projeto para escoamento de fluidos incompressíveis 8.1 Primeiras palavras Problematizando o tema Fator de atrito em tubos circulares Escoamento laminar Escoamento turbulento Rugosidade relativa Rugosidade relativa para tubos comerciais Algumas equações para cálculo de escoamento de fluidos incompressíveis Formas de cálculo de l wf para canos BGEM para canos não horizontais e com bomba ou turbina Comprimento equivalente

10 8.9 Aplicações REFERÊNCIAS

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12 APRESENTAÇÃO Como o principal objetivo neste livro é o projeto de sistemas bomba-tubulação, em que um fluido será bombeado de um ponto até outro, é importante saber os vários tipos de fluidos que existem, os quais serão estudados na Unidade 1. Durante o escoamento, há variações na pressão do fluido e a Unidade 2 tratará sobre isso. Devido ao deslocamento de fluido nesses sistemas, o desenvolvimento das equações parte da aplicação dos princípios de conservação de massa, energia e quantidade de movimento, que serão vistos nas Unidades 3, 4 e 5, respectivamente. A velocidade do fluido dentro do tubo pode ser alta ou baixa, assim é importante saber as características de cada caso. Essas características serão apresentadas nas Unidades 6 e 7. E, finalmente, o projeto desses sistemas em si será tratado na Unidade 8, na qual será aplicado o que foi visto nas Unidades 1 a 7. 11