2. PROPRIEDADES GERAIS DOS FLUIDOS
MASSA ESPECÍFICA: Representa a relação entre a massa de uma determinada substância e o volume ocupado por ela. A massa específica pode ser quantificada através da aplicação da equação a seguir, onde, ρ é a massa específica, m representa a massa da substância e V volume por ela ocupado. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a massa é quantificada em kg e o volume em m³, assim, a unidade de massa específica é kg/m³.
MASSA ESPECÍFICA: Para a água: ρ = 1000 kg/m 3 = 1,94 slug/ft 3 a 760 mmhg e 4 ºC ρ 100 utm/ m³ = 1g / cm³ (1 utm = 9,8067 kg) Mercúrio: Ar: ρ = 13600 kg/ m³ = 13,6 g/ cm³ ρ = 1,2 kg/ m³ = 0,0012 g/ cm³
VOLUME ESPECÍFICO: É o inverso da massa específica.
PESO ESPECÍFICO: É a relação entre o peso de um fluido e volume ocupado, seu valor pode ser obtido pela aplicação da equação a seguir. Como o peso é definido pelo princípio fundamental da dinâmica (2ªLei de Newton) pelo produto da massa pela aceleração da gravidade, a equação pode ser reescrita do seguinte modo:. e. γ depende do local (depende de g).
PESO ESPECÍFICO: Água: Mercúrio: Ar: γ = 1000 kgf/m³ 10000 N/m³ γ = 13600 kgf/m³ 136000 N/m³ γ = 1,2 kgf/m³ 12 N/m³
DENSIDADE: É a relação entre o peso de uma substância e o peso de igual volume de água, ou ainda, a relação entre a sua massa específica e a massa específica da água. ou ou
Densidade: Água: d = 1 Mercúrio: d = 13,6 Ar: d = 0,0012
LÍQUIDO Massa específica (kg/m 3 ) Peso específico (N/m 3 ) Densidade Água 1000 10000 1 Água do mar 1025 10250 1,025 Benzeno 879 8790 0,879 Gasolina 720 7200 0,720 Mercúrio 13600 136000 13,6 Óleo lubrificante 880 8800 0,880 Petróleo bruto 850 8500 0,850 Querosene 820 8200 0,820 Etanol 789 7890 0,789 Acetona 791 7910 0,791
Sabendo-se que 1.700 kg de massa de uma determinada substância ocupa um volume de 2 m³, determine a massa específica, o peso específico e a densidade dessa substância. Dados: γh2o = 10.000N/m³, g = 10m/s² Massa específica: ρ = m/v ρ = 1700/2 ρ = 850 kg/m 3 Peso específico: γ = ρ.g γ = 850.10 γ = 8.500 N/m 3 Densidade: d = γ/ γ água d = 8.500/10.000 d = 0,85
Viscosidade absoluta ou dinâmica: É a propriedade pela qual um fluido oferece resistência ao cisalhamento. É a constante da Lei de Newton.. Dimensões: [τ] = F.L -2 [u] = L.T -1 e [y] = L [µ] = F.L -2 /L.T -1.L -1 = F.T.L -2 ou [µ] = M.L -1.T -1 Unidades: SI: kg/m.s ou N.s/m 2 Inglês: lb.s/ft 2 ou slug/s.ft cgs: poise = 1 g/cm.s 1 N.s/m 2 = 10 poise (P)
Viscosidade absoluta ou dinâmica: água e ar pouco viscosos melaço e alcatrão muito viscosos Viscosidade de um gás aumenta com a temperatura (aumenta a frequência de choques entre moléculas) Viscosidade de um líquido diminui com a temperatura (diminuem as forças de atração que mantém as moléculas unidas)
Viscosidade cinemática: É a relação entre a viscosidade dinâmica e a massa específica. Dimensões: µ = F.L -2.T = M.L.T -2.L -2.T = M.L -1.T - ] ρ = M.L -3 ν = M.L -1.T -1 / M.L -3 = L 2.T -1 Unidades: SI: m 2 /s Inglês: ft 2 /s cgs: stoke (St) = 1 cm 2 /s
Viscosidade cinemática: A viscosidade dinâmica depende somente da temperatura. A viscosidade cinemática depende da pressão e da temperatura.
Compressibilidade: Gás perfeito: p.v = R.T p... pressão v... volume T... temperatura R... constante do gás A equação dos gases perfeitos define a compressibilidade do gás (variação do volume com a pressão).
Elasticidade: Líquido: Se a pressão aumenta em dp, o volume v diminui em dv. K... unidades de p K... Módulo de elasticidade volumétrica
Pressão de vapor: Devido ao movimento molecular existente nos líquidos, algumas moléculas, com maior quantidade de energia, escapam através da superfície, passando para a fase de vapor (fenômeno conhecido como evaporação). As moléculas de vapor exercem uma pressão parcial no espaço, conhecida como pressão de vapor. Se o líquido estiver em um recipiente fechado, após algum tempo, mantida a temperatura constante, o número de moléculas que evaporam será igual ao número de moléculas que se condensam, atingindo-se o equilíbrio. Como a evaporação depende do nível de energia das moléculas, aumentando-se a temperatura, uma maior quantidade de moléculas irá passar para a fase de vapor, aumentando a pressão de vapor.
Pressão de vapor: Num recipiente aberto, quando a pressão externa for igual à pressão de vapor, o líquido se vaporizará totalmente, ou seja, entrará em ebulição. Quando um líquido está escoando dentro de tubulações, em algumas situações, pressões muito baixas podem aparecer no sistema. Se estas pressões forem menores ou iguais à pressão de vapor, o líquido se vaporizará rapidamente, formando uma bolsa de vapor, ou cavidade, que expande rapidamente e escoa junto com o líquido. Quando esta cavidade atinge um ponto de pressão maior que a pressão de vapor, ocorre o colapso da cavidade. Este fenômeno é conhecido como cavitação, e é prejudicial ao desempenho de bombas e turbinas elétricas e pode causar erosão nas partes metálicas da região de cavitação.
Tensão superficial: Na interface entre um líquido e um gás, forma-se uma película no líquido, devido à atração das moléculas abaixo da superfície. Esta película é mantida por uma força de coesão, denominada tensão superficial, que é igual à relação entre energia de superfície por unidade de comprimento de película.
Tensão superficial: Efeitos da tensão superficial: Um corpo sólido de massa específica superior à do líquido flutuará na superfície do líquido, quando seu peso dividido pela área aplicada for menor que a tensão superficial. Exemplo: uma agulha colocada horizontalmente sobre a água ou uma lâmina de barbear plana colocada horizontalmente sobre a água. Quando um jato de líquido é lançado no ar, o líquido se divide em gotas, com superfícies perfeitamente esféricas. Formação de meniscos na superfície de líquidos dentro de recipientes.
Tensão superficial: Efeitos da tensão superficial: Atração capilar (capilaridade): variação de nível entre a superfície do líquido no interior de um capilar (tubo de pequeno diâmetro) e a superfície do líquido num recipiente, quando o capilar está parcialmente imerso no líquido, devido à adesão líquido-sólido. Quando o líquido molha o sólido, o líquido tende a subir dentro do capilar e quando o líquido não molha o sólido, o menisco é rebaixado. Exemplos: água num capilar de vidro: menisco sobe mercúrio num capilar de vidro: menisco desce