Resumo Simplificado - Cinemartica dos Fluidos

1. Conteúdo dessa apresentação

• Conceito de Cinemática dos Fluídos
• Aplicações e importância.
• Regimes de escoamento (saber identificar)
• Tipos de escoamento

Objetivo – Entender o conceito e importância de Cinemática dos Fluidos. Saber identificar se um escoamento é Permanente ou Variável. Saber identificar se o tipo de escoamento é Laminar ou Turbulento. Saber identificar e classificar de um modo geral o escoamento de um Fluido.

1. Conceito de Cinemática dos Fluidos

Origem do Grego:

Cine – Movimento

Matica- Analise

No estudo de Fenômenos de transporte Cinemática é a parte da mecânica que se ocupa do movimento dos corpos, portanto Cinemática dos Fluidos estuda fluidos em movimento.

Estudaremos os fluidos em movimento, o escoamento desses fluidos, ou seja, seu comportamento dinâmico,

1. Aplicações e importância.

É quase a totalidade das aplicações e dos interesses de quem estuda e de quem faz a aplicação da mecânica dos fluidos especialmente para o caso das aplicações industriais que vão utilizar o transporte dos fluidos.

• Otimização do funcionamento de equipamentos, máquinas, aeronaves etc.

• Entendimento de fenômenos da natureza e monitoramento de corpos vivos

• Na indústria, uma grande diversidade de fluidos é processada em equipamentos, tubulações, tanques etc.

1. Regimes de escoamento

[pic 1]

Regime Permanente: as propriedades não variam com o passar do tempo. Ou Seja, o movimento do fluido é dito permanente quando os elementos que o definem (Velocidade, força, pressão e etc..) são função exclusiva do ponto (Posição), e não variam com o tempo. As condições de escoamento permanente são comumente encontradas em problemas práticos de engenharia, por exemplo: tubulações transportando líquidos sob altura de carga constante, ou orifício escoando a pressão constante, etc. Estes escoamentos podem ser uniformes ou não-uniformes.

Regime Variável ou Transiente: As propriedades variam com o passar do tempo. Ou seja, o movimento do Fluido é dito variável quando os elementos que o definem (Velocidade, força, pressão, e etc.) são função do ponto (posição) e do tempo.

Temos que tomar cuidado com o seguinte, o fato de um regime ser permanente não significa que as propriedades são constantes em cada região do sistema que estamos estudando, se analisarmos um ponto mais acima do reservatório teremos uma determinada pressão, e sabemos que mais abaixo, aumentando a profundidade, como é estudado em estática dos fluidos a pressão deve ser maior.  Apesar de temos valores distintos para uma mesma propriedade, estamos observando dois pontos distintos do escoamento. Agora se nós considerarmos o tempo passando e se fizermos medidas desses mesmos dois pontos nós iremos observar pra um regime permanente que a pressão no mesmo ponto continua a mesma. Então no regime permanente os valores das propriedades podem ser diferentes em pontos distintos, mas no mesmo ponto ela não varia com o passar do tempo. Então ser permanente ou variável não tem haver com as coordenadas espaciais, com a localização de onde nós medimos as propriedades, ela tem haver com a dimensão temporal, com o tempo, se varia com o tempo ou não.

[pic 2]

Nessa figura, na letra (a), nós o chamamos de reservatório de grandes dimensões, é um reservatório, cujo as dimensões/capacidade de armazenamento são consideravelmente maiores que a capacidade de descarga do fluido, considere um tanque muito grande com a capacidade de armazenamento muito elevada e nós estamos removendo o fluido contido no seu interior através da pequena saída em sua lateral, só que o volume de fluido que sai pela sua lateral é muito menor, desprezível em relação ao volume de fluido acumulado no reservatório. Mesmo ao passar do tempo, isso faz que tenhamos uma percepção que o nível continua constante no reservatório, é como se quiséssemos esvaziar uma piscina olímpica que tem dimensões de 25 m x 50 m x 2m por uma tubulação que tenha apenas 2” de diâmetro, o tempo em que essa piscina seria esvaziada seria muito longo, e não perceberíamos variações muitos grandes no nível da agua.

Então como o reservatório tem dimensões muito grandes podemos considerar para passagens de tempo relativamente longas que o escoamento funciona em regime permanente, porque demora em observarmos variações nas propriedades dos Fluidos.  Propriedades muito comuns em mecânica dos fluidos para resolução dos problemas são a velocidade do escoamento, a massa específica e a viscosidade, então velocidade de escoamento não seria muito percebida no tanque da figura (a).

Por outro lado, se tivermos reservatórios de menores dimensões como na figura (b) nós conseguiríamos perceber variações mais rápidas nas propriedades, e nesse caso temos que considerar o regime variável a depender da situação estudada.