Resumo Introducao A Mecanica Dos Fluidos

Capitulo 1 – Introdução

A mecânica dos fluidos é o estudo em movimento (dinâmica dos fluidos) ou em repouso (estática dos fluidos). Tantos gases quanto líquidos são classificados como fluidos, que são caracterizados como uma substância que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento. Assim, pode-se dizer que um fluido em repouso deve estar em um estado de tensão igual a zero.

Há duas classes de fluidos, os líquidos e os gases. Os líquidos são compostos por moléculas relativamente agrupadas com forças coesivas fortes e tendem a manter seu volume e formam uma superfície livre em um campo gravitacional, se não estiver confinado na parte superior. Os gases apresentam a propriedade de se expandirem livremente quando não confinados, não formando uma superfície livre.

Um solido pode resistir a tensão de cisalhamento sem escoar, já um liquido ou um gás requerem paredes de apoio para eliminar a tensão de cisalhamento. As paredes exercem uma tensão de compressão igual a –p e reduzem o círculo de Mohr a um ponto com cisalhamento zero, ou seja, a condição hidrostática. Se as paredes forem removidas, a tensão de cisalhamento se desenvolve no líquido e resulta em um grande derramamento. Já o gás fica sem restrições e se expande para fora do recipiente, ocupando todo o espaço disponível.

Consideram-se os fluidos como um meio continuo composto de partículas fluidas que interagem entre si e com o meio. Isso significa que a variação de suas propriedades é tão suave que o calculo diferencial pode ser usado para analisar a substância.

Há dois pontos de vista diferentes na analise de problemas em mecânica. O primeiro, chamado de método euleriano, analisa o movimento dos fluidos fazendo uma descrição completa dos seus parâmetros (massa especifica, pressão, velocidade) em função das coordenadas espaciais e do tempo. O segundo método chamado lagrangiano, segue uma descrição individual, ou seja, as partículas são identificadas e suas propriedades determinadas acompanhando seu movimento.

Em primeiro lugar entre as propriedades de um escoamento está o campo de velocidade V(x, y, z, t), na qual interage estreitamente com as propriedades termodinâmicas do fluido (pressão, massa especifica e temperatura). Nos balanços de energia, de trabalho e calor, há outras quatro propriedades termodinâmicas importantes, a energia interna, entalpia, entropia e calores específicos cp e cv. Além disso, efeitos de atrito e condução de calor são regidos por duas propriedades, coeficiente de viscosidade µ e condutividade térmica k, chamadas de propriedades de transporte. Assim todas as propriedades termodinâmicas listadas existem como funções de ponto em um fluido escoando e seguem todas as leis e relações do estado de equilíbrio comum da termodinâmica.

No estudo de mecânica dos fluidos é importante definir alguns conceitos, como:

Pressão é a tensão (de compressão) em um fluido estático. Diferenças ou gradientes de pressao geralmente causam escoamento do fluido.

Temperatura é uma medida do nível de energia interna de um fluido. As escalas de temperatura absoluta são Kelvin ou Rankine.

Massa especifica (ρ) é a massa do fluido por unidade de volume. Em gases, aumenta quase proporcionalmente com a pressão. Já a massa especifica dos líquidos é quase constante.

Peso especifico (γ) é o peso por unidade de volume.

Densidade (d) é a relação entre a massa especifica do fluido e a massa especifica de um fluido padrão de referência.

Todos os gases a altas temperaturas e a baixas pressões estão em concordância com a lei dos gases: p=ρ.R.T

Existem certas variáveis secundárias que caracterizam o comportamento mecânico de um fluido específico, a mais importante delas é a viscosidade. Viscosidade é uma medida quantitativa da resistência de um fluido ao escoamento. Ela determina a taxa de deformação do fluido que é gerada pela aplicação de uma dada tensão de cisalhamento:

Os fluidos que apresentam essa relação linear entre a tensão de cisalhamento aplicada