Definição de Mecânica dos Fluidos

Definição de Mecânica dos Fluidos

A mecânica dos fluidos é o ramo da mecânica que estuda o comportamento físico dos fluidos e suas propriedades. Os aspectos teóricos e práticos da mecânica dos fluidos são de fundamental importância para a solução de diversos problemas encontrados habitualmente na engenharia, sendo suas principais aplicações destinadas ao estudo de escoamentos de líquidos e gases, máquinas hidráulicas, aplicações de pneumática e hidráulica industrial, sistemas de ventilação e ar condicionado além de diversas aplicações na área de aerodinâmica voltada para a indústria aeroespacial. O estudo da mecânica dos fluidos é dividido basicamente em dois ramos, a estática dos fluidos e a dinâmica dos fluidos. A estática dos fluidos trata das propriedades e leis físicas que regem o comportamento dos fluidos livre da ação de forças externas, ou seja, nesta situação o fluido se encontra em repouso ou então com deslocamento em velocidade constante, já a dinâmica dos fluidos é responsável pelo estudo e comportamento dos fluidos em regime de movimento acelerado no qual se faz presente a ação de forças externas responsáveis pelo transporte de massa. Dessa forma, pode-se perceber que o estudo da mecânica dos fluidos está relacionado a muitos processos industriais presentes na engenharia e sua compreensão representa um dos pontos fundamentais para a solução de problemas geralmente encontrados nos processos industriais.

Definição de fluido

Formalmente, um fluido é uma substância que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento (força tangencial distribuída em uma área); em contraste, um sólido (não-fluido) experimenta, nessas condições, uma deformação que é proporcional à intensidade da força aplicada.

Uma definição equivalente é a seguinte: fluido é uma substância que, quando em repouso, não oferece resistência a uma força de cisalhamento. Ou seja, ao contrário de um sólido, um fluido não é capaz de exercer uma força de resistência proporcional à deformação (F = kx), embora possa ser capaz de exercer uma força de resistência proporcional à velocidade da deformação (F = kv).

Fluidos constituem o que se conhece pelos estados líquido e gasoso da matéria. São exemplos de fluidos a água, o ar, o sangue e o vidro. Os fluidos quase sempre caracterizam-se por partículas fracamente ligadas, apresentando considerável mobilidade. A estrutura não apresenta simetria de translação ou periodicidade, exceto quando se trata de materiais conhecidos como Cristais Líquidos. Em um líquido, o volume é pouco sensível a variações de pressão (fluido incompressível); em um gás, o volume varia bastante de acordo com a pressão (fluido compressível).

Tensão de cisalhamento

A tensão de cisalhamento é o quociente de uma força tangencial por uma área:τ =Ft/A

Newton descobriu que em muitos fluidos (fluidos newtonianos) a tensão de cisalhamento é proporcional ao gradiente de velocidade (variação de velocidade).

Viscosidade

É a medida da resistência interna ou fricção interna de uma substância ao fluxo quando submetida a uma tensão. Quanto mais viscosa a massa, mais difícil de

escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade.

Para os gases, a viscosidade está relacionada com a transferência de impulso devido à agitação molecular.

Já a viscosidade dos líquidos relaciona-se mais com as forças de coesão entre as moléculas.

Viscosidade absoluta ou dinâmica

A constante de proporcionalidade obtida na equação é um coeficiente (µ) chamado de viscosidade absoluta ou dinâmica, assim:

τ = µ(dv/dy) =N • s/m2

É uma propriedade de cada fluido, dependendo de diversas condições, entre elas pressão e principalmente temperatura.De uma forma prática: viscosidade é a propriedade que indica a maior ou a menor dificuldade o fluido escoar.

Forma diferencial e simplificada

A lei de Newton da viscosidade é escrita na forma diferencial:

τ = µ(dv/dy) onde a fração (dv/dy) é o gradiente da velocidade (variação de v com y) .

Quando a distância (ϵ) entre a posição fixa e a placa é reduzida podemos considerar um gradiente linear de velocidade .

por semelhança de triângulos podemos relacionar:

dv/dy=v0/ϵ

dessa maneira a tensão de cisalhamento pode ser calculada:

τ = µ(dv/dy) = µ(v0/ϵ)

com v0 sendo a velocidade da placa.

Fluido ideal

É aquele cuja viscosidade é nula. Na prática não existe, mas essa hipótese é algumas vezes utilizadaquando a viscosidade é um efeito secundário do fenômeno estudado.

Fluido incompressível

Quando o volume não varia com a pressão. Os líquidos têm um comportamento muito próximo e na prática são considerados. Em certos casos até os gases podem ser considerados incompressível, como efeito simplificativo.

A seguir serão definidas algumas propriedades dos fluidos que são importantes para o estudo do escoamento em Máquinas Hidráulicas.

• Massa Específica (ρ) [kg/m³]

É a quantidade de massa de fluido por unidade de volume.

ρ=m/v

A seguir estão relacionadas as massas específicas de algumas substâncias:

Água – 1000 kg/m³

Etanol – 790 kg/m³

Mercúrio