2. PROPRIEDADES GERAIS DOS
FLUIDOS
MASSA ESPECÍFICA:
Representa a relação entre a massa de uma determinada
substância e o volume ocupado por ela. A massa específica
pode ser quantificada através da aplicação da equação a seguir,
onde, ρ é a massa específica, m representa a massa da
substância e V volume por ela ocupado.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a massa é
quantificada em kg e o volume em m³, assim, a unidade de
massa específica é kg/m³.
MASSA ESPECÍFICA:
Para a água:
ρ = 1000 kg/m3 = 1,94 slug/ft3 a 760 mmHg e 4 ºC
ρ ≅ 100 utm/ m³ = 1g / cm³ (1 utm = 9,8067 kg)
Mercúrio:
ρ = 13600 kg/ m³ = 13,6 g/ cm³
Ar:
ρ = 1,2 kg/ m³ = 0,0012 g/ cm³
VOLUME ESPECÍFICO:
É o inverso da massa específica.
PESO ESPECÍFICO:
É a relação entre o peso de um fluido e volume ocupado, seu
valor pode ser obtido pela aplicação da equação a seguir.
Como o peso é definido pelo princípio fundamental da dinâmica
(2ªLei de Newton) pelo produto da massa pela aceleração da
gravidade, a equação pode ser reescrita do seguinte modo:
.
e
γ depende do local (depende de g).
.
PESO ESPECÍFICO:
Água:
γ = 1000 kgf/m³ ≅ 10000 N/m³
Mercúrio:
γ = 13600 kgf/m³ ≅ 136000 N/m³
Ar:
γ = 1,2 kgf/m³ ≅ 12 N/m³
DENSIDADE:
É a relação entre o peso de uma substância e o peso de igual
volume de água, ou ainda, a relação entre a sua massa
específica e a massa específica da água.
ou
ou
Densidade:
Água:
d=1
Mercúrio:
d = 13,6
Ar:
d = 0,0012
Massa
específica
(kg/m3)
Peso
específico
(N/m3)
Densidade
Água
1000
10000
1
Água do mar
1025
10250
1,025
Benzeno
879
8790
0,879
Gasolina
720
7200
0,720
Mercúrio
13600
136000
13,6
Óleo lubrificante
880
8800
0,880
Petróleo bruto
850
8500
0,850
Querosene
820
8200
0,820
Etanol
789
7890
0,789
Acetona
791
7910
0,791
LÍQUIDO
Sabendo-se que 1.700 kg de massa de uma determinada
substância ocupa um volume de 2 m³, determine a massa
específica, o peso específico e a densidade dessa substância.
Dados: γH2O = 10.000N/m³, g = 10m/s²
Massa específica:
ρ = m/V
ρ = 1700/2
ρ = 850 kg/m3
Peso específico:
γ = ρ.g
γ = 850.10
γ = 8.500 N/m3
Densidade:
d = γ/ γágua
d = 8.500/10.000
d = 0,85
Viscosidade absoluta ou dinâmica:
É a propriedade pela qual um fluido oferece resistência ao
cisalhamento. É a constante da Lei de Newton.
.
∴
⁄
Dimensões:
[ττ] = F.L-2
[u] = L.T-1
e [y] = L
[µ
µ] = F.L-2/L.T-1.L-1 = F.T.L-2 ou [µ
µ] = M.L-1.T-1
Unidades:
SI: kg/m.s ou N.s/m2
Inglês: lb.s/ft2 ou slug/s.ft
cgs: poise = 1 g/cm.s
1 N.s/m2 = 10 poise (P)
Viscosidade absoluta ou dinâmica:
água e ar ► pouco viscosos
melaço e alcatrão ► muito viscosos
Viscosidade de um gás aumenta com a temperatura
(aumenta a frequência de choques entre moléculas)
Viscosidade de um líquido diminui com a temperatura
(diminuem as forças de atração que mantém as moléculas
unidas)
Viscosidade cinemática:
É a relação entre a viscosidade dinâmica e a massa específica.
Dimensões:
µ = F.L-2.T = M.L.T-2.L-2.T = M.L-1.T-]
ρ = M.L-3
ν = M.L-1.T-1 / M.L-3 = L2.T-1
Unidades:
SI: m2/s
Inglês: ft2/s
cgs: stoke (St) = 1 cm2/s
Viscosidade cinemática:
A viscosidade dinâmica depende somente da temperatura.
A viscosidade cinemática depende da pressão e da
temperatura.
Compressibilidade:
Gás perfeito:
p.v = R.T
p ... pressão
v ... volume
T ... temperatura
R ... constante do gás
A equação dos gases perfeitos define a compressibilidade do
gás (variação do volume com a pressão).
Elasticidade:
Líquido:
⁄
Se a pressão aumenta em dp, o volume v diminui em –dv.
K ... unidades de p
K ... Módulo de elasticidade volumétrica
Pressão de vapor:
Devido ao movimento molecular existente nos líquidos, algumas
moléculas, com maior quantidade de energia, escapam através da
superfície, passando para a fase de vapor (fenômeno conhecido
como evaporação). As moléculas de vapor exercem uma pressão
parcial no espaço, conhecida como pressão de vapor.
Se o líquido estiver em um recipiente fechado, após algum tempo,
mantida a temperatura constante, o número de moléculas que
evaporam será igual ao número de moléculas que se condensam,
atingindo-se o equilíbrio. Como a evaporação depende do nível de
energia das moléculas, aumentando-se a temperatura, uma maior
quantidade de moléculas irá passar para a fase de vapor,
aumentando a pressão de vapor.
Pressão de vapor:
Num recipiente aberto, quando a pressão externa for igual à
pressão de vapor, o líquido se vaporizará totalmente, ou seja,
entrará em ebulição.
Quando um líquido está escoando dentro de tubulações, em
algumas situações, pressões muito baixas podem aparecer no
sistema. Se estas pressões forem menores ou iguais à pressão de
vapor, o líquido se vaporizará rapidamente, formando uma bolsa de
vapor, ou cavidade, que expande rapidamente e escoa junto com o
líquido. Quando esta cavidade atinge um ponto de pressão maior
que a pressão de vapor, ocorre o colapso da cavidade. Este
fenômeno é conhecido como cavitação, e é prejudicial ao
desempenho de bombas e turbinas elétricas e pode causar erosão
nas partes metálicas da região de cavitação.
Tensão superficial:
Na interface entre um líquido e um gás, forma-se uma película no
líquido, devido à atração das moléculas abaixo da superfície. Esta
película é mantida por uma força de coesão, denominada tensão
superficial, que é igual à relação entre energia de superfície por
unidade de comprimento de película.
Tensão superficial:
Efeitos da tensão superficial:
• Um corpo sólido de massa específica superior à do líquido
flutuará na superfície do líquido, quando seu peso dividido pela
área aplicada for menor que a tensão superficial. Exemplo: uma
agulha colocada horizontalmente sobre a água ou uma lâmina de
barbear plana colocada horizontalmente sobre a água.
• Quando um jato de líquido é lançado no ar, o líquido se divide em
gotas, com superfícies perfeitamente esféricas.
• Formação de meniscos na superfície de líquidos dentro de
recipientes.
Tensão superficial:
Efeitos da tensão superficial:
• Atração capilar (capilaridade): variação de nível entre a
superfície do líquido no interior de um capilar (tubo de pequeno
diâmetro) e a superfície do líquido num recipiente, quando o
capilar está parcialmente imerso no líquido, devido à adesão
líquido-sólido. Quando o líquido molha o sólido, o líquido tende a
subir dentro do capilar e quando o líquido não molha o sólido, o
menisco é rebaixado.
Exemplos:
água num capilar de vidro: menisco sobe
mercúrio num capilar de vidro: menisco desce