Mecânica dos fluidos

APRESENTAÇÃO

Mecânica dos fluidos é a área onde são estudados os fenômenos físicos relacionados ao movimento dos fluidos (ar, água etc). Na área de Refrigeração e Ar Condicionado esse conhecimento é fundamental, já que todos os sistemas de distribuição de ar através de redes de dutos, sistemas de condensação, tubulações de fluidos refrigerantes para sistemas industriais e sistemas de distribuição de água gelada são projetados a partir da física do movimento dos fluidos. Na figura 1 temos um mapa conceitual das diversas interfaces e aplicações da mecânica dos fluidos. No site http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html, mais detalhes podem ser obtidos.

Figura 1- Mapa conceitual de Mecânica dos Fluidos

Na figura 2 ilustramos algumas das principais aplicações da mecânica dos fluidos – vemos dutos para de insuflamento para levar ar dos fan-coils ao ambiente, bombas de água de condensação – para transportar a água que resfria o fluido refrigerante que atravessa o condensador do chiller, bombas de água gelada, que transporta a água resfriada pelo chiller até os fan-coils. A determinação do diâmetro das linhas de água gelada, de água de condensação, das dimensões dos dutos e as potências das bombas serão objetos de nosso estudo.

Figura 2– Sistema de água gelada para climatização (fan-coil – chiller)

Este texto simples tem como objetivo resumir alguns conceitos básicos da área. Vamos começar relembrando alguns conceitos de energia, trabalho, potência, densidade e de pressão. Depois vamos relembrar os conceitos da Estática dos Fluidos, onde são estudadas as Leis de Stevin, Princípios de Palcal e de Arquimedes.

A seguir vamos apresentar a equação geral da conservação da energia em escoamentos, a famosa Equação de Bernoulli. Através desta equação e das informações básicas para determinação da perda de carga em escoamentos vamos entender como são dimensionadas as bombas para deslocamento de água. Finalmente vamos aprender como os dutos e as tubulações de distribuição de água / fluido refrigerane são dimensionadas. Mais informações podem ser encontradas em catálogos, páginas de internet, livros e no portal do WIKI – www.sj.cefetsc.edu.br/wiki . Desejamos sucesso nesse aprendizado. A seguir ilustramos algumas imagens disponíveis no Wiki sobre Mecânica dos Fluidos. Observe algumas aplicações comuns da mecânica dos fluidos.

Figura 3- asas de um avião Figura 4- bola de baseball

Figura 5- freio de um carro Figura 6- impacto sobre o olho humano

Figura 7- elevador hidráulico Figura 8- manômetros

SEMANA 1 – APLICAÇÕES DA MECÂNICA DOS FLUIDOS

1- Descreva como funciona um elevador hidráulico

2- Descreva como funciona um sistema de freio do automóvel

3- Explique por que o carro de Formula Um não voa apesar de andar a 350 km por hora?

4- Onde são aplicados os conceitos de mecânica dos fluidos na área de RAC?

SISTEMA DE UNIDADES

O Sistema Internacional de Unidades (SI) define as unidades utilizadas legalmente no nosso país. Isto é importante, pois o desenvolvimento da transferência de calor está totalmente baseado nas quatro dimensões básicas do Sistema Internacional, que são comprimento (metro), massa (quilograma), tempo (segundo) e temperatura (kelvin).

Tabela 1- Unidades derivadas do SI para algumas grandezas

Quantidade Nome e símbolo Unidade Expressão em

unidade de base do SI

Força newton (N) m.kg/s2 m.kg/s2

Pressão pascal (Pa) N/m2 kg/m.s²

Energia joule (J) N.m m².kg/s²

Potência watt (W) J/s m².kg/s³

condutibilidade térmica - W/m.K m.kg/s³.K

coeficiente de transferência de calor - W/m2.K kg/s³.K

Tabela 2 - Fatores de conversão úteis

1 lbf = 4,448 N 1 Btu = 1055 J

1 lbf/pol² (ou psi) = 6895 Pa 1 kcal = 4,1868 kJ

1 pol = 0,0254 m 1 kW = 3413 Btu/h

1 H.P. = 746 W = 2545 Btu/h 1 litro (l) = 0,001 m³

1 kcal/h = 1,163 W 1 TR = 3517 W (tonelada de refrigeração)

1 atm = 14,7 lbf/pol2 (ou psi) 12000 Btu/h = 1 TR = 3,517kW

1 W x 0,853 = kcal/h

1- Para treinar, realize as conversões de unidades a seguir:

a) 200 psi = ............ kPa

b) 800 kPa = ...............psi

c) 60 kPa = ................ psi

SEMANA 2 – CONVERSÃO DE UNIDADES E POTÊNCIA DE DEZ

1- Faça a conversão das pressões em psi para kPa: 28psi, 60psi, 350psi, 500psi.

2- Converta para notação exponencial: 100000, 543000000, 0,000000655, 120, 22500000.