Bacharelado em Engenharia Civil
FENOMENOS DE TRANSPORTE
Profa.: Drd. Mariana de F. G. Diniz
ESTÁTICA DOS FLUÍDOS
• O comportamento físico de uma
partícula
sólida
pode
ser
representado e entendido facilmente
porque ele constitui uma entidade
única de tamanho suficiente e que
podemos visualizar também o seu
comportamento.
Um sólido é uma substância rígida
que conserva sua forma contra forças
deformantes externas.
Extensão das mesmas observações
tornam-se mais complexas quando se
trata com fluidos já que estamos, com
efeito, tratando com uma coleção de
partículas "virtuais" que não podem
ser visualizadas.
• O termo fluido é usado para
descrever um objeto ou substância
que deve estar em movimento para
resistir
forças
aplicadas
externamente.
• Um fluido sempre escorre quando
forças
deformantes
lhe
são
aplicadas.
ALGUMAS DEFINIÇÕES.....
PRESSÃO
A pressão P é definida como uma
força F atuando perpendicularmente a uma
superfície de área A e é dada por:
As unidades S.I. para pressão são Nm-2. Outras
unidades são muito usadas na prática, a atmosfera
(atm) e o milímetro de mercúrio (mmHg).
Dois tipos específicos de pressão
particularmente aplicável aos
fluidos:
• Pressão atmosférica
• Pressão hidrostática
PRESSÃO ATMOSFÉRICA
Representa a pressão média exercida
pela atmosfera terrestre ao nível do mar
e é definida numericamente como:
1 atm = 1,01 x 10 5 Nm-2 =
1,01 x 105 Pa = 760 mmHg .
PRESSÃO HIDROSTÁTICA - Phid
É a pressão de um fluido exercida numa
profundidade h num fluido de densidade ρ e é
dada por:
Phid = ρ g h
g = aceleração da gravidade
• Se uma pressão externa Pext é exercida
no fluido, então a pressão total P é a
soma da pressão externa e da pressão
hidrostática.
P = Pext + ρ g h
onde a pressão atmosférica, na maioria
dos casos, é considerada uma pressão
externa.
• PRINCÍPIO DE PASCAL
O princípio de Pascal estabelece
"uma pressão externa aplicada a um
fluido confinado será transmitida
igualmente a todos os pontos dentro
do fluido".
• Isto significa que a pressão
transmitida não diminui à medida que
se propaga pelo interior do fluido.
• Este resultado torna possível uma
grande multiplicação de forças, como
se fosse uma alavanca fluida.
• PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES
O
Princípio
de
Arquimedes estabelece "um corpo
imerso inteiramente ou parcialmente
num fluido está sujeito a um empuxo
que é igual em magnitude o peso do
fluido deslocado pelo corpo“.
EMPUXO = peso do fluido deslocado
Se o empuxo é igual ou maior que o
peso do fluido deslocado, então o objeto
permanece flutuando.
Entretanto, se o empuxo é menor que o
peso do fluido deslocado, então o objeto
afunda.
FORÇA DE CORPO E DE SUPERFÍCIE
De maneira geral, as forças podem
ser classificadas em duas categorias:
1. Forças de corpo ou de campo;
2. Forças de superfície ou de contato.
• FORÇAS DE CORPO
São aquelas que se manifestam
através da interação com um campo
e atuam sem a necessidade de um
contato entre as superfícies dos
corpos.
Exemplos
Peso, devido ao campo gravitacional;
Força elétrica, devido a um campo
elétrico;
Força magnética,
campo magnético.
devido
a
um
• Essas
forças
de
corpo
são
proporcionais ao volume V dos
corpos. Por exemplo, o peso de um
corpo de massa m e volume V, com
massa específica ρ, no campo
gravitacional
terrestre
com
aceleração g, é dado por:
W = ∫∫∫ g dm = ∫∫∫ g ρ dV
m
V
• FORÇAS DE SUPERFÍCIE
São aquelas que atuam sobre um
sistema por meio de contato com a
fronteira do mesmo.
Exemplos
• Força de atrito;
• Forças devidas a pressão;
• Forças
devidas
às
tensões
cisalhantes nos escoamentos.
• Essas forças de superfície são
proporcionais à área da superfície
sobre a qual atuam.
TENSÃO
• O conceito de tensão envolve uma
força de contato e a área da
superfície na qual atua.
ΔFn
ΔF
ΔFt
• As quantidades de ΔFn e ΔFt são
chamadas de força normal e força
cisalhamento, respectivamente.
• Lembrando que TENSÃO é definida
como força por unidade de área.
Podemos considerar dois tipos de
tensão atuando no elemento de fluido
mostrado anteriormente.
1. TENSÃO NORMAL
σn = ΔFn / ΔA
2. TENSÃO DE CISALHAMENTO
σt = ΔFt / ΔA
Mais especificamente uma tensão é
identificada pela direção da força e
pela orientação da área sob a qual
ela atua.
A seguir a figura mostra um elemento
de volume na forma de um cubo,
onde também são mostradas as nove
possibilidades de tensões atuando
nesse elemento.