Date post: | 19-Dec-2015 |
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Introdução à Mecânica dos Fluidos
Capítulo 1Introdução
1.1 Notas para os estudantesO autor:• Defende que o título do livro seja “Introdução”• Lista o que será visto;• Defende que o livro serve para autodidatas;• Recomenda que cada capítulo seja lido
rapidamente e relido cuidadosamente;• Fala que os intrutores poderão ampliar o
material;
• Fala que mais informações podem ser encontradas em outros textos, revistas e internet;
• Lista os pré-requisitos: Termodinâmica, Mecânica Geral (Estática e Dinâmica), e Cálculo;
• Recomenda a resolução dos problemas como forma de aprender;
• Dá passos lógicos para a resolução dos problemas
• Recomenda as ferramentas Excel do site.
1.2 Escopo da Mecânica dos Fluidos• Mecânica = Estática + Cinemática + Dinâmica• Esta disciplina é a base para Máquinas de
Fluxo e Máquinas Térmicas (Refrigeração, Geração e Distribuição de Vapor), Hidráulica e Pneumática. Porém, ela já é a palavra final em assuntos como Estática dos Fluidos;
Aplicações:• Projeto de sistema de canal, represa, dique;• Projeto de bombas, compressores e
tubulações, sistemas de água e condicionamento de ar, sistemas de bombeamento da indústria química, aerodinâmica de automóveis e aviões sub e supersônicos;
• Desenvolvimento de medidores de vazão.
A Mecânica dos Fluidos permitiu desenvolvimentos relacionados a• Meio ambiente – geração de energia a partir
das ondas do oceano, contenção de derramamento de óleos, turbinas eólicas de grande escala;
• Aspectos aerodinâmicos de grandes edificações;
• Tornados, furacões, tsunamis;
• Biomecânica – corações e válvulas artificiais, compreensão dos sistemas circulatório, respiratório e urinário;
• Esportes – projeto de bicicletas, esquis, vestimentas para corrida e natação, bolas de golfe, tênis e futebol;
• Fluidos “inteligentes” – suspensão automotiva, uniformes militares que ficam duros em choques, microfluidos (medicações);
Esta é apenas uma pequena amostragem
1. 3 Definição de um Fluido
É a substância que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento
1.4 Equações Básicas
• Conservação da massa ou equação da continuidade
• Conservação da qdm (ou momento linear) ou segunda lei de Newton
• Conservação da qdm angular (ou momento angular) ou princípio do momento angular
• Conservação da energia ou primeira lei da termodinâmica
• Segunda lei da termodinâmica
• Relações constitutivas: descrevem o comportamento das propriedades físicas dos fluidos. Por exemplo, a equação de estado do gás ideal:
• Exemplo 1.1 – Feito no caderno
1.5 Métodos de análise
• Sistema: quantidade de massa fixa e identificável. O contorno do sistema separa-o da vizinhança e pode ser móvel, mas não pode haver massa atravessando-o.
• Volume de controle: volume arbitrário do espaço através do qual um fluido escoa. A superfície de controle pode ser imaginária e pode se mover.
• Exemplo 1.2 – Feito no caderno
Abordagem Diferencial vs. Integral
• Diferencial: sistema ou VC infinitesimal → equação diferencial;
• Integral: sistema ou VC finito• Exemplo: pressão sobre a superfície de uma
asa
Métodos de Descrição• Onde for fácil acompanhar elementos de
massa identificáveis, lançamos mão do método de descrição que acompanha a partícula: o método Lagrangeano;
• Para se analisar o escoamento de fluidos, utiliza-se o método Euleriano, que enfoca as propriedades de um escoamento num determinado ponto do espaço.
• Exemplo 1.3 – Feito no caderno
1.6 Dimensões e Unidades
• Dimensões: são quantidades físicas tais como comprimento, tempo, massa e temperatura.
• Dimensões primárias: quantidades para a qual arbitramos escalas de medida, e a partir da qual todas outras dimensões podem ser obtidas, as quais são as dimensões secundárias.
Sistemas de Unidades mais comuns de cada Sistema de Dimensões
Observações:1. No caso (a) ainda existe o Métrico Absoluto: g, cm, s, K,
(dina).2. Quando se fala apenas “libras” deixa-se no contexto se se
trata de lbf ou lbm.3. Para o caso (c): onde 4. Apêndice G → Fatores de conversão
• Exemplo 1.4 – Feito no caderno
Consistência Dimensional e Equações de “Engenharia”
Exemplo
onde:• V = velocidade em um conduto aberto• Rh = raio hidráulico
• S0 = inclinação• n = coeficiente de resistênciaConcreto mal-acabado tem n = 0,014 que só serve para Rh em metros e V em m/s, por que na verdade n é dimensional.
Um segundo tipo de problema ocorre por exemplo em:
Onde • EER é a eficiência de um condicionador de ar.Ela tem dimensões consistentes, mas é usada assim:
1.7 ANÁLISE DE ERRO EXPERIMENTAL
• Uma lata de refrigerante de 250 ml pode conter 252 ml. Existe tolerância por que num processo rápido de produção a precisão das medidas diminui.
• Da mesma forma, o fornecedor de uma montadora deve respeitar dimensões mínimas e máximas.
• Há sempre uma lei de compensação nos trabalhos experimentais ou nos produtos manufaturados: quanto menor quisermos o erro, mais caro será o processo.
APÊNDICE F: ANÁLISE DE INCERTEZA EXPERIMENTAL
F.1 INTRODUÇÃO
• Análise de incerteza é a quantificação da validade e exatidão de dados.
• É útil também para indicar fontes potênciais de erros inaceitáveis e sugerir melhores métodos para medir
F.2 TIPOS DE ERROS
• Qualquer medida experimental tem erros aleatórios (não repetitivos), além de poder ter erros grosseiros e fixos (sistemáticos).
• Os erros grosseiros podem ser eliminados facilmente
• Os fixos podem ser eliminados com calibração ou correção
• Qualquer medida experimental tem erros aleatórios (não repetitivos), além de poder ter erros grosseiros e fixos (sistemáticos).
• Os erros grosseiros podem ser eliminados facilmente
• Os fixos podem ser eliminados com calibração ou correção