Mecânica dos Fluidos
Introdução
Propriedades Básicas dos
Fluidos
Introdução

Mecânica: Ciência que estuda o equilíbrio e o
movimento de corpos sólidos, líquidos e
gasosos, bem como as causas que provocam
este movimento;

Em se tratando somente de líquidos e gases,
que são denominados fluidos, recai-se no ramo
da mecânica conhecido como Mecânica dos
Fluidos.
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Introdução


Mecânica dos Fluidos: Ciência que trata do
comportamento dos fluidos em repouso e em
movimento. Estuda o transporte de quantidade de
movimento nos fluidos.
Exemplos de aplicações:




O estudo do comportamento de um furacão;
O fluxo de água através de um canal;
As ondas de pressão produzidas na explosão de uma
bomba;
As características aerodinâmicas de um avião
supersônico;
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Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
O conhecimento e entendimento dos
princípios e conceitos básicos da
Mecânica dos Fluidos são essenciais na
análise e projeto de qualquer sistema no
qual um fluido é o meio atuante
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Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
O projeto de todos os meios de transporte requer a
aplicação dos princípios de Mecânica dos Fluidos.
Exemplos:
 as asas de aviões para vôos subsônicos e
supersônicos
 máquinas de grande efeito
 aerobarcos
 pistas inclinadas e verticais para decolagem
 cascos de barcos e navios
 projetos de submarinos e automóveis
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Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?






Projeto de carros e barcos de corrida (aerodinâmica);
Sistemas de propulsão para vôos espaciais;
Sistemas de propulsão para fogos de artifício;
Projeto de todos os tipos de máquinas de fluxo
incluindo bombas, separadores, compressores e
turbinas;
Lubrificação;
Sistemas de aquecimento e refrigeração para
residências particulares e grandes edifícios
comerciais;
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Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?



O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma
(1940) evidencia as possíveis conseqüências que
ocorrem, quando os princípios básicos da Mecânica
dos Fluidos são negligenciados;
A ponte suspensa apenas 4 meses depois de ter sido
aberta ao tráfego, foi destruída durante um vendaval;
Inicialmente, sob a ação do vento, o vão central pôsse a vibrar no sentido vertical, passando depois a
vibrar torcionalmente, com as torções ocorrendo em
sentido oposto nas duas metades do vão. Uma hora
depois, o vão central se despedaçava
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Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?
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Por que estudar
Mecânica dos Fluidos?

O sistema de circulação do sangue no corpo humano
é essencialmente um sistema de transporte de fluido
e como conseqüência o projeto de corações e
pulmões artificiais são baseados nos princípios da
Mecânica dos Fluidos;

O posicionamento da vela de um barco para obter
maior rendimento com o vento e a forma e superfície
da bola de golfe para um melhor desempenho são
ditados pelos mesmos princípios.
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Aceno Histórico

Até o início do século o estudo dos fluidos foi
efetuado essencialmente por dois grupos –
Hidráulicos e Matemáticos;

Os Hidráulicos trabalhavam de forma empírica,
enquanto os Matemáticos se concentravam na
forma analítica;

Posteriormente tornou-se claro para pesquisadores
eminentes que o estudo dos fluidos deve consistir em
uma combinação da teoria e da experiência;
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Importância

Nos problemas mais importantes, tais como:








Produção de energia
Produção e conservação de alimentos
Obtenção de água potável
Poluição
Processamento de minérios
Desenvolvimento industrial
Aplicações da Engenharia à Medicina
Sempre aparecem cálculos de:




Perda de carga
Forças de arraste
Trocas de calor
Troca de substâncias entre fases
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Importância
Desta forma, torna-se importante o
conhecimento global das leis tratadas no
que se denomina Fenômenos de
Transporte.
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Os Fenômenos de Transporte na
Engenharia
Engenharia
Civil e Arquitetura
Constitui a base do estudo de hidráulica e
hidrologia e tem aplicações no conforto térmico
em edificações
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Os Fenômenos de Transporte na
Engenharia
Engenharias
Sanitária e Ambiental
Estudos da difusão de poluentes no ar, na
água e no solo
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Os Fenômenos de Transporte na
Engenharia
Engenharia
Mecânica
Processos de usinagem, processos de
tratamento térmico, cálculo de máquinas
hidráulicas, transferência de calor das
máquinas térmicas e frigoríficas e Engenharia
aeronáutica
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Os Fenômenos de Transporte na
Engenharia
Engenharia
Elétrica e Eletrônica
Importante nos cálculos de dissipação de
potência, seja nas máquinas produtoras ou
transformadoras de energia elétrica, seja na
otimização do gasto de energia nos
computadores e dispositivos de comunicação;
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Quais as diferenças
fundamentais entre
fluido e sólido?


Fluido é mole e
deformável
Sólido é duro e
muito pouco
deformável
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Passando para uma
linguagem científica:
A diferença fundamental entre sólido e fluido
está relacionada com a estrutura molecular:



Sólido: as moléculas sofrem forte força de
atração (estão muito próximas umas das
outras) e é isto que garante que o sólido tem
um formato próprio;
Fluido: apresenta as moléculas com um certo
grau de liberdade de movimento (força de
atração pequena) e não apresentam um
formato próprio.
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Fluidos:Líquidos e Gases
Líquidos:
- Assumem a forma dos
recipientes que os
contém;
- Apresentam um volume
próprio (constante);
- Podem apresentar uma
superfície livre;
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Fluidos:Líquidos e Gases
Gases e vapores:
-apresentam forças de
atração intermoleculares
desprezíveis;
-não apresentam nem
um formato próprio e
nem um volume próprio;
-ocupam todo o volume
do recipiente que os
contém.
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Teoria Cinética Molecular
“Qualquer substância pode
apresentar-se sob qualquer dos
três estados físicos
fundamentais, dependendo das
condições ambientais em que se
encontrarem”
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Estados Físicos da Matéria
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Fluidos
De uma maneira geral, o fluido é caracterizado
pela relativa mobilidade de suas moléculas que,
além de apresentarem os movimentos de
rotação e vibração, possuem movimento de
translação e portanto não apresentam uma
posição média fixa no corpo do fluido.
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Fluidos x Sólidos
A principal distinção entre sólido e fluido, é pelo
comportamento que apresentam em face às
forças externas.
Por exemplo, se uma força
de compressão fosse usada
para distinguir um sólido de
um fluido,
este último seria inicialmente
comprimido, e a partir de um
certo ponto ele se
comportaria
exatamente como se fosse
um sólido, isto é, seria
incompressível.
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Fatores importantes na
diferenciação entre sólido
e fluido
O fluido não resiste a
esforços tangenciais
por menores que estes
sejam, o que implica
que se deformam
continuamente.
F
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Fatores importantes na
diferenciação entre sólido
e fluido
Já os sólidos, ao
serem solicitados
por esforços,
podem resistir,
deformar-se e ou
até mesmo
cisalhar.
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Fluidos x Sólidos
Os sólidos resistem às forças de cisalhamento
até o seu limite elástico ser alcançado (este
valor é denominado tensão crítica de
cisalhamento), a partir da qual experimentam
uma deformação irreversível, enquanto que os
fluidos são imediatamente deformados
irreversivelmente, mesmo para pequenos
valores da tensão de cisalhamento.
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Fluidos: outra definição
Um fluido pode ser definido como
uma substância que muda
continuamente de forma enquanto
existir uma tensão de cisalhamento,
ainda que seja pequena.
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Propriedades dos fluidos
Massa
específica - 
massa
m


volume V
É a razão entre a massa do fluido
e o volume que contém essa
massa (pode ser denominada de
densidade absoluta)
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Propriedades dos fluidos
Massa
específica - 
Nos sistemas usuais:
Sistema SI............................Kg/m3
Sistema CGS.........................g/cm3
Sistema MKfS........................Kgf.m-4.s2
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Massas específicas de
alguns fluidos
Fluido
 (Kg/m3)
Água destilada a 4 oC
1000
Água do mar a 15 oC
1022 a 1030
Ar atmosférico à pressão
atmosférica e 0 oC
Ar atmosférico à pressão
atmosférica e 15,6 oC
Mercúrio
Petróleo
1,29
1,22
13590 a 13650
880
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Propriedades dos fluidos

Peso específico - 
W
peso
G


volume V
É a razão entre o peso de um dado
fluido e o volume que o contém.
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Propriedades dos fluidos
Peso
específico - 
Nos sistemas usuais:
Sistema SI............................N/m3
Sistema CGS.........................dines/cm3
Sistema MKfS........................Kgf/m3
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Propriedades dos fluidos

Relação entre peso específico e
massa específica
mg
 
  g
V
V
G
W
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Propriedades dos fluidos
 Volume
Específico - Vs
Vs= 1/γ =V/W
É definido como o inverso do peso
específico
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Propriedades dos fluidos
Volume
específico - Vs
Nos sistemas usuais:
Sistema SI............................m3/N
Sistema CGS......................... cm3/dines
Sistema MKfS........................ m3/Kgf
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Propriedades dos fluidos
 Densidade
Relativa - δ (ou
Densidade)
δ=
o
É a relação entre a massa específica de
uma substância e a de outra tomada
como referência
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Propriedades dos fluidos
Densidade
Relativa - δ (ou Densidade)
Para os líquidos a referência adotada é a
água a 4oC
Nos sistemas usuais:
Sistema SI.....................ρ0 = 1000kg/m3
Sistema MKfS ............... ρ0 = 102 kgf.m-4 .s2
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Propriedades dos fluidos
Densidade
Relativa - δ (ou Densidade)
Para os gases a referência é o ar atmosférico
a 0oC
Nos sistemas usuais:
Sistema SI................. ρ0 = 1,29 kg/m3
Sistema MKfS .............ρ0 = 0,132 kgf.m-4 .s2
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Exercícios
1. Determine o peso de um reservatório de óleo que possui uma massa
de 825 kg.
2. Se o reservatório do exemplo anterior tem um volume de 0,917 m3
determine a massa específica, peso específico e densidade do óleo.
3. Se 6,0m3 de óleo pesam 47,0 kN determine o peso específico,
massa específica e a densidade do fluido
4. Se 7m3 de um óleo tem massa de 6.300 kg, calcule sua massa
específica, densidade, peso e volume específico no sistema (SI).
Considere g= 9,8 m/s2
5. Repita o problema anterior usando o sistema MKfS. Compare os
resultados.
6. O peso específico da água à pressão e temperatura usuais é
aproximadamente igual a 9,8 kN/m3. A densidade do mercúrio é
13,6. Calcule a densidade, a massa específica e o volume específico
do mercúrio, nos sistemas SI e MKfS.
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