Fenomenos de Transporte - Aula 1 - Conceitos e Propriedades dos Fluidos

1 Unidade de Ensino 1 Disciplina Fenômenos de Transporte Profa Dra Simone Fiori Data da aula 23022024 Aula 1 Principais conceitos de propriedades dos fluidos Observe O que são fluidos Propriedades dos Fluidos Definem as características dos fluidos Serão estudadas algumas das propriedades físicas dos fluidos 2 Intensivas Cujo valor num dado estado independe da quantidade de matéria presente Não dependem da quantidade da amostra Exemplo Temperatura Viscosidade Densidade Tensão superficial Extensivas ao contrário dependem da quantidade de material são diretamente variáveis em função da quantidade de matéria presente Podem ser acumuladas ou seja são o resultado da soma de seus valores nas diferentes porções de um sistema Exemplo Volume Peso Energia Quantidade de movimento e de massa Classificação das Propriedades dos fluidos As propriedades dos fluidos podem ser 1 Densidade ou Massa específica É a massa de líquido por unidade de volume Unidade kgm3 ou gcm3 V m ρ Densidade da Água A densidade dos líquidos geralmente pouco varia com às mudanças de temperatura e diminui com o aumento de temperatura A água é uma exceção pois seu MÁXIMO VALOR está a 4ºC Exemplo Na Balança determinase a massa m 3 Exemplo Densidade de outros fluidos É o peso de líquido por unidade de volume Unidade Nm3 ou Kgfm3 W m g E o peso do líquido se calcula pela equação de Newton V W γ 2 Peso específico Balança Massa m 4 RELAÇÃO ENTRE DENSIDADE E PESO ESPECÍFICO A partir da equação de Newton W m g Então a Relação resulta em ρVg γV E substituindo ρg γ V γ W V ρ m W γV ρV m E o Peso específico da Água Então pela relação Sabendo que a água tem sua densidade de 1000 kgm3 1000 kgm3 981 ms2 9810 e Como Kg ms2 N 9810 Nm3 1000 kgfm3 Relação 1 Kgf 981 N ρg γ então 981 Esse é o peso específico da água a 4C 5 Densidade massa específica V Unidade kgm3 ou gcm3 m ρ a Calcular a densidade do líquido amarelo que está na balança da figura sabendo que o volume de líquido dentro do recipiente é 290 mL Dar a resposta em Kgm3 Observe na balança que a massa medida é m 2266 g Dados do líquido amarelo m 2266 g V 290 mL Se 1 L 1000 mL x 290 mL x 029 L Mas e em cm3 Observe 1 mL 0001L Observe 1 L 1000 mL 6 E do exemplo V 290 mL V 290 cm3 1 L Então 1000 cm3 1000 mL 1 cm3 1 mL 1 m3 1000 L ou Dados do líquido amarelo m 2266 g V 290 mL 290 cm3 V m ρ 290cm3 2266g ρ 3 cm ρ 078138 g 10 g 1Kg 1m 10 cm 3 3 3 6 m3 78138 kg ρ Observe 1 m3 100cm3 1 m3 1000000 cm3 Observe 1 kg 1000g Calcular a densidade do líquido amarelo em kgm3 Resposta 7 É o peso do líquido por unidade de volume Unidade Nm3 ou Kgfm3 W m g V W γ Peso específico b Calcular também o Peso Específico deste líquido amarelo Dar a resposta em Nm3 e Kgfm3 Relação entre γ e ρ ρg γ Peso específico do líquido amarelo Então pela relação Densidade calculada 78138 kgm3 78138 kgm3 981 ms2 766533 e Como Kgms2 N 766533 Nm3 78138 kgfm3 Relação 1 Kgf 981 N ρg γ então 981 Esse é o peso específico do líquido nessas unidades 8 Quando dois líquidos que não se misturam imiscíveis são colocados num mesmo recipiente eles se dispõem de modo que o líquido de maior densidade ocupa a parte de baixo e o de menor densidade a parte de cima A superfície de separação entre eles é horizontal Líquidos não miscíveis ou imiscíveis Mais denso Menos denso Líquidos imiscíveis em equilíbrio estático em repouso Por exemplo 3 Tensão superficial 9 4 Densidade relativa É a relação entre a densidade de uma substância X e a densidade de outra substância tomada como padrão nos líquidos geralmente a água é o padrão pelo conveniente de que sua densidade absoluta é igual a 1 gcm3 A densidade relativa também pode ser chamada de gravidade específica 3 x 1250kgm ρ Exemplo Um líquido X possui uma densidade absoluta de 1250 Kgm3 Qual a sua densidade relativa em comparação à água Dado 3 água 1000kgm ρ Como já visto a densidade da água é Densidade relativa de X Portanto 3 3 x 1000kgm δ 1250kgm 125 δx Densidade padrão água padrão x x ρ ρ δ Densidade de x Densidade relativa ou gravidade específica de x Isso significa A tensão superficial resulta em propriedades chamadas coesão e adesão A Coesão permite à água resistir a uma mínima tração a Adesão permite aderência a outro corpo 5 Coesão Adesão Capilaridade A Capilaridade é uma propriedade dos líquidos que resulta da tensão superficial na qual o líquido se eleva ou baixa em um tubo fino Se a adesão predominar sobre a coesão em um líquido como o caso da água a água adere ao tubo e se elevará Se a coesão predominar sobre a adesão o líquido não molhará o tubo e baixará Capilaridade da água Adesão predomina Capilaridade do mercúrio Coesão predomina Para evitar erros de medições em piezômetros por exemplo é importante usar tubos com diâmetros maiores o suficiente para minimizar o efeito da capilaridade Por exemplo 10 Habilidade das moléculas de fluido em escoar próximas umas das outras isto é quanto maior a viscosidade menor será a velocidade com que o fluido se movimenta Exemplo certos óleos escoam mais lentamente que a água e o álcool A viscosidade pode ser descrita como a resistência de um fluido à tensão de cisalhamento e mede a resistência à deformação Viscosidade dinâmica Viscosidade cinemática Dois tipos a considerar Portanto a viscosidade é considerada nos fluidos em movimento 6 Viscosidade Obs Para gases aumenta com a temperatura líquidos diminui coma temperatura Viscosidade dinâmica µ viscosidade dinâmica ou absoluta em Pas ou Nsm2 ou Kgms A viscosidade dinâmica é medida em viscosímetros A viscosidade dinâmica é uma propriedade física importante que afeta a fluidez dos líquidos A viscosidade de um líquido é medida pelo quão facilmente ele flui Líquidos com alta viscosidade não fluem tão facilmente como líquidos com baixa viscosidade 11 Onde ρ densidade do fluido Kgm3 ν viscosidade cinemática em m2s ρ μ ν Viscosidade cinemática A viscosidade cinemática é a relação da viscosidade dinâmica pela densidade do fluido A viscosidade varia conforme a temperatura Por exemplo Obs é muito comum e usual em sistemas hidráulicos o valor de ν 1003x106 m2s para a água 12 Viscosímetros Um fluido tem viscosidade cinemática ν 38x105 m2s e densidade ρ 890 kgm3 Qual a viscosidade dinâmica µ deste fluido em kgms ρ μ ν s m x10 83 m 890 kg μ 2 5 3 ms kg 3382x10 μ 2 3 2 5 890kgm μ 38x10 m s Dados ν 38x105 m2s ρ 890 kgm3 µ 13 A viscosidade absoluta dinâmica de um fluido é µ 24x103 Nsm2 e seu peso específico é γ 7848x103 Nm3 Qual a viscosidade cinemática ν deste fluido em m2s ρ μ ν 3 2 3 m kg 800 m Ns 24x10 ν s m 3x10 ν 2 6 2 3 3 s 81m 9 m N 7848x10 ρ ρg γ 2 3 2 3 s 81m 9 m kgms 7848x10 ρ 800Kgm3 ρ kg m m s kgms 3x10 ν 3 2 2 6 2 7 Compressibilidade É a propriedade que em maior ou menor grau possuem os fluídos de sofrerem redução do volume quando sujeitos a esforços de compressão com consequente aumento de densidade Líquidos são muito difíceis de comprimir enquanto que gases são facilmente comprimidos Ou seja a Compressibilidade nos líquidos é muito pequena e por isso são considerados incompressíveis ao contrário dos gases Líquidos Compressíveis x Líquidos Incompressíveis O Módulo de Elasticidade E é a propriedade que relaciona variações de pressão na mudança de volume expansão ou contração Expressa a razão entre variação de pressão e a fração de variação em volume O módulo de elasticidade também pode ser chamado de módulo de compressibilidade ou coeficiente de compressibilidade 14 A pressão de 1 atm 1 kgfcm2 provoca uma variação de volume VV na fração de 5x105 em um determinado fluido Calcular o Módulo de Elasticidade desse fluido em kgfm2 variação de pressão variação de volume Dados Resolução Existem alguns casos em que a compressibilidade dos líquidos NÃO pode ser desprezada É o caso do Golpe de Aríete O fenômeno de Golpe de Aríete é a sobrepressão que as tubulações recebem quando por exemplo se fecha um registro interrompendose bruscamente o escoamento Isto provoca golpes de grande força elevações de pressão nos equipamentos da instalação por exemplo em alguns tipos de válvulas de descarga podendo causar o rompimento 15 Problemas para resolver Problemas para resolver 16 Respostas Problemas da Aula 1 Propriedades dos Fluidos 1 m 12 g 2 a Peso W 72 N ou W 0734 Kgf b 250 latas 3 V água 008312 m3 e V água 8312 L 4 Densidade 8002 Kgm3 Densidade relativa ou gravidade específica δ 08002 concluir 5 225x104 Nm3 22936Kgfm3 6 m 002125 Kg ou m 2125 g