Tópicos de Hidráulica I - Aula 05

ENGENHARIA CIVIL Prof José Eduardo De Mendonça UNIARA 2022 HIDRÁULICA I AULA 05 21022022 TÓPICOS DA AULA Introdução definição de fluídos e estados físicos Classificação ou tipos de fluídos Atritos que podem ocorrer quando o fluido se movimenta Definição de viscosidade Variação da viscosidade com a temperatura e a pressão Viscosidade Cinemática υ e a Viscosidade Dinâmica μ Medição da velocidade Questões VISCOSIDADE DOS FLUIDOS DA AULA ANTERIOR VARIÁVEIS DE UM FLUIDO 1 Massa específica r e Densidade 2 Peso específica 3 Densidade e Peso relativo rrel rel DESLOCAMENTO DAS MOLÉCULAS EM A E B Fórmulas DENSIDADE ρ m V kgm3 PESO ESPECIFICO γesp P V ρ x g Nm3 PESO P m g N DENSIDADE RELATIVA ρrelativo ρfluidoρH2O PESO ESP RELATIVO γrelativo γfluido γH2O INTRODUÇÃO A VISCOSIDADE DE UM FLUIDO CLASSIFICAÇÃO DE FLUÍDOS E ATRITO Para podermos entender os conceitos de viscosidade velocidade e vazão de um fluido precisamos dos conceitos da classificação ou tipos de Fluidos e as Forças de Atrito que atuam no fluido durante seu deslocamento e são contrarias ao movimento E rever os conceitos de Fluido Estados Físicos e Atrito INTRODUÇÃO DEFINIÇÃO DE FLUÍDOS ESTADOS FÍSICOS Os fluidos são substâncias que não têm uma forma definida que podem fluir facilmente e que não podem suportar nenhum tipo de força e se deformam continuamente São encontrados em diferentes estados da matéria líquidos gases plasma e alguns sólidos plásticos ou amorfos CLASSIFICAÇÃO OU TIPOS DE FLUÍDOS 1 São quatro classificações levando em consideração suas propriedades Fluido ideal e real newtoniano e não newtoniano 2 Classificação quanto ao movimento os fluidos podem ser categorizados de acordo com a velocidade de movimento sua capacidade de ser compactado sua viscosidade CLASSIFICAÇÃO OU TIPOS DE FLUÍDOS Fluidos ideais São aqueles que não podem ser comprimidos e não têm viscosidade Seu nome deriva do fato de ser um fluido idealizado pois todos os fluidos têm viscosidade Fluidos reais Ao contrário dos fluidos ideais os fluidos reais têm viscosidade Ex todos os fluidos são fluidos reais CLASSIFICAÇÃO OU TIPOS DE FLUÍDOS Os fluidos reais podem ser subdivididos em duas classes principais Newtonianos e nãoNewtonianos CLASSIFICAÇÃO OU TIPOS DE FLUÍDOS Fluidos newtonianos São aqueles que se comportam de acordo com as leis de viscosidade de Newton Ou a viscosidade do fluido não varia de acordo com a força aplicada e diminui à medida que aumenta a temperatura água óleo ar Fluidos não newtonianos Tem comportamento que pode ser considerado anormal uma vez que não seguem as leis de Newton A viscosidade varia com a força podem se comportar como sólidos se uma força constante é aplicada suspensões de amido de milho na água CLASSIFICAÇÃO OU TIPOS DE FLUÍDOS Outros exemplos de fluidos não newtonianos são lama e cimento Outras substâncias como sangue muco lava maionese geleia e balas para mastigar possuem fluidos não newtonianos que lhes conferem a consistência que possuem QUANTO AO MOVIMENTO TIPOS DE FLUÍDOS Tipos de fluidos de acordo com a velocidade fluidos estáveis a velocidade mantém seu módulo direção da trajetória fluidos instáveis a velocidade varia Por exemplo a água de um rio não flui de maneira estável Cada um desses movimentos envolve mudanças no vetor do movimento do Fluido CLASSIFICAÇÃO OU TIPOS DE FLUÍDOS Tipos de fluidos de acordo com a capacidade de serem comprimidos compressíveis e não compressíveis Os líquidos são praticamente impossíveis de comprimir enquanto os gases têm uma grande capacidade de comprimir Um exemplo da baixa capacidade de compressão de fluidos são os óleos dos sistemas hidráulicos Por outro lado um exemplo da alta capacidade de compressão do ar são balões e pneus CLASSIFICAÇÃO OU TIPOS DE FLUÍDOS Tipos de fluidos de acordo com a viscosidade Viscosidade é o nível de resistência apresentado por um fluido à ação de forças de cisalhamento É a medida de atrito entre as diferentes camadas que formam um fluido Existem dois tipos de fluidos de acordo com a viscosidade viscosos e não viscosos Na prática todos os fluidos têm viscosidade Por exemplo a água é menos viscosa que o mel que óleo para fritura RESUMO Quanto as Propriedades Físicas IDEAL X REAL NEWTONIANO X NÃO NEWTONIANO Quanto as Variáveis VELOCIDADE v constante Estáveis x v variável Instáveis COMPACTAÇÃO Compressíveis x Incompressíveis VISCOSIDADE Viscosos x não Viscosos ATRITO ATRITOS QUE PODEM OCORRER QUANDO O FLUIDO SE MOVIMENTA 1 Externo é um tipo de força que está presente quando duas superfícies entram em contato No contato do fluido com o meio que o contém tubulação leito do canal ou rio É proporcional ao tipo de material velocidade viscosidade rugosidade e temperatura do fluido 2 Interno Quando em movimento há o rolamento das partículas que compõem o fluido provocando atrito entre elas e este originase das forças de atração entre moléculas QUAL FLUÍDO TEM MAIOR VISCOSIDADE a ou b POR QUE VISCOSIDADE INTRODUÇÃO No escoamento de um Fluido verificase o movimento relativo de suas partículas resultado do atrito entre as mesmas e a superfície de contato Ou ainda a sua capacidade de resistir ao cisalhamento DEFINIÇÃO DE VISCOSIDADE A viscosidade é uma resistência que o fluido apresenta ao escoamento e é definida como atrito interno e externo que é resultante do movimento de uma camada de fluido em relação à outra e do contato entre as paredes do meio que está inserido DEFINIÇÃO DE VISCOSIDADE VAI SER TRATADO MAIS ADIANTE Se a força por unidade de área na placa superior da ilustração acima fosse medida encontraríamos Tensão Cis FA VISC Vd 𝝉 FS μ ΔvΔn isto é a tensão cisalhante FA é igual à viscosidade vezes a taxa de deformação Vd sendo d a distância entre as placas Essa relação essencialmente define a viscosidade DEFINIÇÃO DE VISCOSIDADE Um fluido que responde à tensão cisalhante FA desta maneira é chamado de fluido Newtoniano pois o fluido possui viscosidade que independem da velocidade Muitos dos fluidos nos quais se deseja medir a velocidade são Newtonianos exemplo água leite óleos leves mas outros são nãoNewtonianos como as tintas o ketchup os fluidos poliméricos etc VARIAÇÃO DA VISCOSIDADE COM A TEMPERATURA E A PRESSÃO VISCOSIDADE X TEMPERATURA A viscosidade é uma propriedade que sofre influência da temperatura Sendo que em fluidos líquidos quando se aumenta a temperatura a viscosidade diminui E em fluidos gasosos quando se aumenta a temperatura a viscosidade aumenta VISCOSIDADE X PRESSÃO Em fluidos com pressões moderadas a viscosidade é independente da pressão e depende somente da temperatura Em fluidos com pressões muito altas a viscosidade dos gases e da maioria dos líquidos não tem lei bem definida de variação com a pressão Viscosidade Cinemática υ A viscosidade cinemática υ é a relação entre a viscosidade dinâmica μ pela densidade ρ a unidade e dada geralmente em m²s Viscosidade Dinâmica μ A viscosidade dinâmica μ também conhecida como viscosidade absoluta é dada em termos de força requerida para mover uma unidade de área a uma unidade de distância a unidade no SI é dada em N sm2 Ou Pascalsegundo Pas Nsm² kgms Tabelas de Viscosidade Dinâmica Medição de Viscosidade A viscosidade é medida por equipamentos denominado viscosímetros Existem diversos tipos de viscosímetros entre os quais se destacam pela sua importância e aplicação industrial o viscosímetro capilar também conhecido como viscosímetro de Ostwald o viscosímetro de esfera em queda ou viscosímetro de bola conhecido como viscosímetro de Stokes e o viscosímetro rotativo Viscosímetro Capilar esse viscosímetro é basicamente um tubo em U onde um dos seus ramos é um tubo capilar fino ligado a um reservatório superior Sendo que o tubo é mantido na vertical e colocase uma quantidade conhecida de um líquido no reservatório deixandoo escoar sob a ação da gravidade através do capilar A medida da viscosidade é o tempo que a superfície de líquido no reservatório demora a percorrer o espaço entre duas marcas gravadas sobre o mesmo A B QUESTÕES RESUMO DAS FORMULAS E UNIDADES Variável Símbolo Fórmula Unidades Dens Absoluta ou Massa especifica ρ massavolume mV kgm3 gcm3 ρH2O 1000 kgm3 Peso Especifico ɣ pesovolume PV kg ms2 Nm3 ɣH2O 10000 Nm3 Relação Densidade e Peso ρ e ɣ se P m G ɣ ρ g Nm3 Peso Específico Relativo δrel δFluido δ H2O ρFluido ρ H2O Visc Absoluta ou Dinâmica µ Nsm2 Pas Visc Cinemática γ µ ρ m2s Stokes 104 Relacione a figura acima com alguma variável relacionada da lista que foi apresentada na aula 02 Resposta Discussão na aula PORQUE O VALOR DO PESO ESPECÍFICO RELATIVO É ADIMENSIONAL A viscosidade cinemática de um óleo é de 0028 m²s e o seu peso específico relativo é de 085 Determinar a viscosidade DINÂMICA nos sistemas SI g10 ms² QUESTAO Resolver em Casa 1 A viscosidade cinemática de um óleo leve é 0033 m²s e a sua peso especifico relativo é 086 Assumindo g igual a 100 ms² determine a A massa específica ou densidade do óleo ρ b O peso específico do óleo ɣesp ρ g c A viscosidade dinâmica do óleo µ γ ρ Resp a 860 kgm³ b 8600 Nm³ 2838 Nsm² Próxima Aula Exercícios de Viscosidade GRATO PELA ATENÇÃO E PARTICIPAÇÃO Até a Próxima Aula Se Cuidem