AULA 02 A - Definicoes basicas

Prévia do material em texto

Mecânica dos Fluidos
Faculdade de Engenharia Mecânica
Universidade Federal de Uberlândia
Uberlândia – MG
Prof. João Rodrigo Andrade
joao.andrade@ufu.br
professorjoaoandrade.com
1
Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Mecânica
Prof. João Rodrigo Andrade
Noções Fundamentais e Definições Básicas
2
Sistema e Volume de Controle
Sistema: uma quantidade de matéria ou região do espaço escolhida para estudo. 
A massa ou região fora do sistema é denominada vizinhança. 
A superfície real ou imaginária que que separa o sistema de sua vizinhança é denominada fronteira, podendo ser fixa ou móvel. 
Sistema e Volume de Controle
Sistemas fechados (sistema de controle): consiste em uma quantidade fixa de massa, e nenhuma quantidade de massa pode cruzar a fronteira do sistema. Energia sob forma de calor ou trabalho pode cruzar a fronteira.
Sistema isolado: nenhuma energia pode cruzar a fronteira do sistema.
Sistema aberto ou Volume de controle: região do espaço selecionada apropriadamente onde massa e energia podem cruzar suas fronteiras.
Em geral, compreende um dispositivo que inclui escoamento de massa, tal como compressor, turbina ou bocal. 
Não há regras definidas para seleção de um volume de controle. 
Sistema e Volume de Controle
Dimensões e Unidades
Qualquer quantidade física pode ser caracterizada por dimensões. 
As unidades são grandezas designadas para as dimensões. 
Dimensões fundamentais: massa, distância, temperature, tempo... 
Dimensões secundárias: velocidade, força, volume, etc. 
SI é utilizado em trabalhos científicos e de engenharia na maioria das nações. (, , ,…)
Dimensões e Unidades
Na engenharia, todas as equações devem ser dimensionalmente homogêneas, ou seja, todos os termos da equação devem ter a mesma unidade. 
Atenção!!! Erro de unidades podem levar a desastres. 
Análise crítica do resultado. 
Homogeneidade Dimensional
Voo 517 da Korean Air: Em 1999, um avião da Korean Air caiu em um morro próximo a Londres, resultando na morte de 228 pessoas. A investigação revelou que o acidente foi causado por um erro de conversão de unidades. Os pilotos utilizaram pés (unidade de medida de altitude) em vez de metros ao programar o sistema de controle de voo, o que levou a uma leitura incorreta da altitude e a decisões erradas durante a abordagem de pouso.
Propriedades
Propriedades intensivas: independentes da massa do sistema. 
 (pressão), (temperatura)…
Propriedades extensivas: aquelas cujos valores dependem da extensão do sistema. 
(massa total), (volume total). 
Propriedades específicas : propriedades extensivas por unidade de massa. 
 ; , ….
O estado de um sistema é descrito por suas propriedades. 
“O estado de um sistema compressível simples é completamente definido por duas propriedades intensivas independentes”. Duas propriedades são independentes se uma delas puder variar enquanto a outra for mantida constante (ex. e ) 
Meio Contínuo
A idealização do meio contínuo nos permite tratar as propriedades como funções de pontos, as quais variam continuamente no espaço, sem saltos de descontinuidade. 
Tal hipótese é válida desde que o tamanho do sistema considerado seja grande em relação ao espaço entre as moléculas. 
Em alto vácuo ou altitudes muito elevadas, a hipótese do contínuo não é válida. Teoria do escoamento de gases rarefeitos deve ser aplicada. 
Densidade
Densidade é definida como massa por unidade de volume:
O inverso da densidade é o volume específico (); 
Densidade depente de e . 
A densidade da maioria dos gases é proporcional à pressão e inversamente proporcional à temperatura. 
Sólidos e líquidos são sustâncias essencialmente incompressíveis e a variação da sua densidade com a pressão usualmente é desprezível. 
Gravidade Específica e Peso Específico
Gravidade específica ou densidade relativa é a razão entre a densidade de uma substância e a densidade de alguma substância padrão a uma temperatura especificada (usualmente água a 4o C, para a qual kg/m3).
Peso específico: o peso de uma unidade de volume de susbtância. 
 			 			
Densidades dos Gases Ideias ou Perfeitos
Qualquer equação que relacione pressão, temperatura e densidade (ou volume específico) de uma substância é chamada equação de estado.
A equação de estado mais simples e conhecida para fase gasosa é a equação de estado dos gases ideais ou perfeitos. 
Um gás ideal é um substância hipotética que obedece à relação anterior.
Relação de gás ideal obedece muito bem o comportamento de gases reais a baixas densidades. 
Na prática, gases como ar, nitrogênio, oxigênio podem ser tratados como gases ideiais com erro desprezível (menos de 1%). 
Gases densos como vapor de água, vapor de fluidos refrigerantes não devem ser tratados como ideais. 
Densidades dos Gases Ideias ou Perfeitos
Energia
Energia total (): soma das diversas formas de energia: térmica, mecânica, cinética, potencial, elétrica, magnética, química, nuclear… 
Energia interna (): soma de todas as formas de energia microscópicas (relacionadas à estrutura molecular do sistema e ao grau de atividade molecular). 
Energia cinética: energia que um sistema que possui como resultado de seu movimento em relação a um sistema de referência. 
Energia potencial: energia que um sistema possui como resultado de sua posição. 
Calor Específicos
Calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa de uma substância em um grau Celsius (ou Kelvin).
 leva em consideração o trabalho realizado pela substância ao expandir sob pressão constante, 
 não inclui essa consideração, uma vez que o volume é mantido constante. 
Em geral, é maior que porque, em condições de pressão constante, uma parte do calor fornecido é usada para realizar trabalho de expansão.
Entalpia: 
é a energia do escoamento (trabalho de escoamento), que é a energia por unidade de massa necessária para mover o fluido e manter o escoamento.
Entalpia
Energia
Na ausência de efeitos magnético, elétrico, e tensão superficial, o sistema é denominado sistema compressível simples. 
A energia total de um sistema compressível simples é: 
Energia e Calores Específicos
Energia total do fluido em movimento é: 
As variações infinitesimal e finita da energia interna e da entalpia são expressas em termos dos calores específicos. 
onde e são calores específicos a volume e a pressão constante. 
Coeficiente de Compressibilidade/expansão
O volume (ou a densidade) de um fluido muda com a variação da temperatura ou da pressão. 
Os fluidos, geralmente, expandem-se quando aquecidos ou despressurizados e contraem-se quando resfriados ou pressurizados. 
Porém, a quantidade de variação de volume é diferente para fluidos diferentes e há propriedades que relacionam as variações de volume às variações de e . 
Coeficiente de Compressibilidade
Um grande valor de indica que é preciso uma grande mudança de pressão para causar uma pequena variação relativa no volume, portanto, um fluido com grande é essencialmente incompressível. Típico em líquidos. 
Coeficiente de Expansão Volumétrica
A densidade de um fluido, em geral, depende mais intensamente da temperatura do que da pressão. 
Responsável por inúmeros efeitos naturais: ventos, correntes nos oceanos, operações com balões de ar quente, convecção natural. 
(para pressão constante)
Para um gás ideal
Grandes valores de indicam grande variação da densidade de um fluido com a temperatura à pressão constante. 
Coeficiente de Expansão Volumétrica
Viscosidade
Quando dois corpos sólidos em contato se movimentam um em relação ao outro, desenvolve-se uma força de atrito na superfície de contanto, em direção oposta ao movimento. 
Situação semelhante quando um fluido se move em relação a um sólido ou quando dois fluidos se movem um em relação ao outro. 
Há um propriedade que representa a resistência interna do líquido ao movimento ou a “fluidez”: Viscosidade. 
Força de arrasto: força que um fluido exerce sobre um corpona direção do escoamento. Sua intensidade depende, em parte, da viscosidade. 
Viscosidade
Mecânica dos Fluidos
Faculdade de Engenharia Mecânica
Universidade Federal de Uberlândia
Uberlândia – MG
Prof. João Rodrigo Andrade
joao.andrade@ufu.br
professorjoaoandrade.com
26
image1.png
image2.png
image3.png
image4.png
image5.png
image6.png
image7.png
image8.png
image9.png
image10.png
image11.png
image12.png
image13.png
image14.jpeg
image15.png
image16.png
image17.png
image18.jpeg
image19.png
image20.png
image21.png
image22.png
image23.png
image24.png
image25.png
image26.png
image27.png
image28.png
image29.jpeg
image30.png
image31.png
image32.png
image33.wmf
image34.png
image35.jpeg
image36.png
image37.png
image38.png
image39.jpeg
image40.png
image41.jpeg