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AULA PRÁTICA – 2
PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DOS FLUIDOS
1) - M A S S A
ESPECÍFICA (ρ)
OU DENSIDADE ABSOLUTA (ρ ).
- É o quociente entre a Massa do fluido e o Volume que contém essa massa.
m
ρ = ---------V
ρ = massa específica
onde:
m = massa do fluido
V = volume correspondente do fluido
SISTEMA:
UNIDADE:
kg / m3
Sist. Internacional ( S.I.).
UTM / m3 ou kgf s2 / m4
Sist. Técnico
Exemplos:
a)
massa específica da Água ( 4° C )
ρ = 1 g / cm3
( Sistema C.G.S. )
ρ = 1.000 kg / m3
( Sistema Internacional – S.I. )
ρ = 101,94 UTM / m3 ou kgf s2 / m4
( Sistema Técnico )
b) massa específica do Mercúrio (Hg)
ρ = 13.595,1
kg / m3
ρ = 1.385,84
UTM / m3 ou kgf s2 / m4 (Sistema Técnico )
( Sistema Internacional – S.I. )
1
2) - P E S O
ESPECÍFICO
(γ)
- É o quociente entre o PESO de um dado fluido e o VOLUME que o contém.
W
γ = ----------V
γ = peso específico
onde:
W = peso do fluido
V = volume correspondente do fluido
SISTEMA:
UNIDADE:
N / m3
Sist. Internacional ( S.I.).
kgf / m3
Sist. Técnico
Exemplos: a) peso específico da Água ( 4° C ):
γ = 9.806,65 N / m3
( Sistema Internacional – S.I. )
γ = 1.000 kgf / m3
( Sistema Técnico )
b) peso específico do Mercúrio ( Hg):
γ
= 133.368 N / m3
(Sistema Internacional – SI)
γ = 13.595,1 kgf / m3
OBSERVAÇÃO:
W
γ = --------V
mas,
portanto,
( Sistema Técnico )
m. g
= --------V
m
ρ = --------V
γ = ρ g
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3) – DENSIDADE RELATIVA
OU D E N S I D A D E (δ
δ):
- É a relação entre a Massa específica ( ρ ) de uma substância e a Massa
específica ( ρ1 ) de outra substância, tomada como referência:
ρ
δ = ----------ρ1
onde:
δ = Densidade (adimensional).
ρ = Massa específica do fluido em estudo.
ρ1 = Massa específica do fluido tomado como referência.
- Adota-se a mesma unidade para ρ e ρ1
Portanto,
δ é um número ( desprovido de unidade).
- A referência adotada para os líquidos é a ÁGUA a 4°C:
ρ1 = 1.000 kg / m3
( Sistema Internacional – S.I. )
ρ1 = 101,94 UTM / m3 ou kgf s2 / m4
Substância:
( Sistema Técnico g= 9.81m/s2)
DENSIDADE (δ
δ) :
Álcool etílico
0,80
Petróleo
0,88
Óleo Díesel
0,82 a 0,96
ÁGUA (Destilada)
1,0
ÁGUA do Mar (Salgada)
1,02 a 1,03
Melado
1,40 a 1,50
Tetracloreto de Carbono
1,59
MERCÚRIO
13,6
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4) – V I S C O S I D A D E
( ATRITO INTERNO):
- É a propriedade dos fluidos responsável pela resistência ao deslocamento
(deformação).
Exemplo: Óleo lubrificante escoa mais lentamente que a água ou álcool.
IMPLICAÇÃO:
- Em conseqüência da viscosidade, o escoamento de fluidos dentro das canalizações
somente se verifica com “ PERDA “ de energia, perda essa designada por
“ PERDA DE
CARGA” (Figura-1)
COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DINÂMICA ( µ )
SISTEMA:
Sist. Internacional ( S.I.).
UNIDADE:
N s/ m2 ou kg / m s
kgf s/ m2
Sist. Técnico
COEFICIENTE DE VISCOSIDADE CINEMÁTICO ( ν )
µ
ν = ---------
ρ
SISTEMA:
UNIDADE:
Sist. Internacional ( S.I.).
m2 / s
Sist. Técnico
m2 / s
- A viscosidade é medida pelo equipamento denominado VISCOSÍMETRO.
5) – C O E S Ã O:
- É uma pequena força de atração entre as moléculas do próprio líquido (atração
eletroquímica).
- A formação da gota d’água é devida à coesão (Figura-2).
- Essa propriedade é que permite às moléculas fluídas resistirem a pequenos esforços de
tensão.
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6) – A D E S Ã O:
Quando um líquido está em contato com um sólido, a atração exercida pelas moléculas
do sólido pode ser maior que a atração existente entre as moléculas do próprio líquido (coesão)
(Figura-3).
7) – T E N S Ã O S U P E R F I C I A L (σ
σ s) e C A P I L A R I D A D E:
- Na superfície de contato entre dois fluidos não micíveis (fluidos que não se misturam,
como por exemplo: água e ar), forma-se uma película elástica capaz de resistir a pequenos
esforços (Figura-4).
FIGURA - 4 Ilustração da Tensão Superficial.
- A tensão superficial é a força de coesão necessária para formar a película.
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DIMENSÃO: F / L
Exemplo:
a)
b)
UNIDADE:
sistema técnico: kgf/m
S.I.:
N/m
Ar e água a 20°C:
σ s = 0,0074 kgf/m
Ar e Mercúrio
σ s = 0,055 kgf/m
- As propriedades de adesão, coesão e tensão superficial são responsáveis pelo
fenômeno da CAPILARIDADE, que .é a elevação (ou depressão) de um líquido dentro de um
tubo de pequeno diâmetro (Figura-5).
- A elevação ou depressão em um tubo é dada por:
4 σ s cos α
h = ---------------------------γ D
onde: h = elevação ou depressão,
σ s = coeficiente de tensão superficial,
α = ângulo formado pela superfície líquida com a parede de tubo,
γ = peso específico
D = diâmetro do tubo
- A elevação ou depressão capilar é inversamente proporcional ao diâmetro do tubo.
- Por isto, quando se deseja medir cargas piezométricas (pressão) deve-se utilizar tubos
de diâmetro superior a 1,0 cm para que sejam desprezíveis os efeitos de capilaridade.
8) – C O M P R E S S I B I L I D A D E:
- Para efeitos práticos, os líquidos são considerados INCOMPRESSÍVEIS.
Exemplo: Volume de 100 litros
Aplicar P = 7 kgf/cm2
Redução no volume de 0,33 litros (volume desprezível).
9) – S O L U B I L I D A D E D O S G A S E S:
- Os líquidos podem dissolver os gases. A água dissolve o ar em proporções diferentes
entre o O2 e N.
Implicação: Pode ser a causa do desprendimento de ar e aparecimento de bolhas
de ar nos pontos altos das tubulações.
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10) – P R E S S Ã O de V A P O R
ou
T E N S Ã O d e V A P O R (hv ou Pv)
- Pressão de vapor ou tensão de vapor corresponde ao valor da pressão na qual o
líquido passa da fase líquida para a gasosa. Na superfície de um líquido há uma troca
constante de moléculas que escapam para a atmosfera (evaporação) e outras que penetram
no líquido (condensação). Visto que este processo depende da atividade molecular e que esta
depende da temperatura e da pressão, a pressão de vapor do líquido também depende
destes, crescendo o seu valor com o aumento da pressão e da temperatura (Tabela-1)
- Quando a pressão externa, na superfície do líquido, se iguala à pressão de vapor, este
se evapora. Se o processo no qual isto ocorre é devido ao aumento da temperatura do líquido,
permanecendo a pressão externa constante, o processo é denominado de EVAPORAÇÃO.
Caso isto se dê pela mudança da pressão local enquanto a temperatura permanece constante,
o fenômeno é conhecido por CAVITAÇÃO. Este fenômeno ocorre, normalmente, em
escoamentos sujeitos às baixas pressões, próximos à mudança de fase do estado líquido para
o gasoso e constitui um grande problema em válvulas e sucção de bombas.
Implicações:
a) - A temperatura de ebulição da água muda com a altitude (pressão atmosferica). Por
exemplo, a água entra em ebulição à temperatura de 100 ºC quando a pressão é 1,0332
kgf/cm2 (1atm), ou seja, ao nível do mar, mas também pode ferver a temperaturas mais baixas
se a pressão também for menor (ou seja, em locais mais altos).
b) - A máxima altura possível de sução da bomba é limitada pela pressão de vapor do
líquído. As tubulações de sucção nas bombas que não trabalham afogadas, como as usadas
na maioria dos projetos de irrigação, trabalham com pressão inferior à pressão atmosférica. Se
na entrada da bomba houver pressão inferior à pressão de vapor da água, haverá formação de
bolhas de vapor, podendo até interromper a circulação da água ou formar muitas bolhas
menores, que, ao atingirem as regiões de pressão positivas, ocasionam implosões, causando
ruídos (martelamento) e vibrações no sistema. Tal fenômeno denomina-se CAVITAÇÃO e
provoca a “corrosão” das paredes da carcaça da bomba e das palhetas do rotor, bem como
reduz a sua eficiência.
- Na prática, recomendam-se os seguintes valores máximos para a altura de sucção:
6,5 m ao nível do mar, 5,5 m para a altitude de 1.500 m e 4,5 m para a altitude de 3.000 m,
contudo, quanto menor for a altura de sucção, melhor será o desempenho da bomba.
c) - A medida da tensão de água no solo, realizada com o auxílio de tensiômetros de
cápsula porosa preenchidos com água, é limitada pela tensão de vapor (a leitura máxima do
tensiômetro é de 70kPa).
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TABELA – 1 PROPRIEDADES FÍSICAS DA ÁGUA DOCE, À PRESSÃO ATMOSFÉRICA
(g=9,80665 m/s2)
TEMPERATURA
O
C
0
5
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80
90
100
PESO
ESPECÍFICO
γ
3
MASSA
ESPECÍFICA
ρ
3
N/m
kg/m
9.805
9.807
9.804
9.798
9.789
9.777
9.764
9.730
9.689
9.642
9.589
9.530
9.466
9.399
999,8
1.000,0
999,7
999,1
998,2
997,0
995,7
992,2
988,0
983,2
977,8
971,8
965,3
958,4
VISCOSIDADE
CINEMÁTICA
TENSÃO
SUPERFICIAL
PRESSÃO
DE VAPOR
m2/s
N/m
kPa
0,0756
0,0749
0,0742
0,0735
0,0728
0,0720
0,0712
0,0696
0,0679
0,0662
0,0644
0,0626
0,0608
0,0589
0,61
0,87
1,23
1,70
2,34
3,17
4,24
7,38
12,33
19,92
31,16
47,34
70,10
101.33
ν
1,785x10-6
1,519x10-6
1,306x10-6
1,139x10-6
1,003x10-6
0,893x10-6
0,800x10-6
0,658x10-6
0,553x10-6
0,474 x10-6
0,413x10-6
0,364x10-6
0,326x10-6
0,294x10-6
σ
PV
NOS CÁLCULOS HABITUAIS DE HIDRÁULICA, NO SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES,
QUANDO A TEMPERATURA NÃO É ESPECIFICADA, UTILIZA-SE :
ρ = 1.000 kg/m3
γ = 9.810 N/m3
ν = 1,003 x 10-6 m2/s
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PRESSÃO
DE VAPOR
PV/γ
m
0,06
0,09
0,12
0,17
0,25
0,33
0,44
0,76
1,26
2,03
3,20
4,96
7,18
10.33