Slide Propriedades dos Fluídos-2022 2

Universidade Federal do Paraná Curso de Engenharia Industrial Madeireira AT-087 MÁQUINAS HIDRÁULICAS Dr. Alan Sulato de Andrade alansulato@gmail.com PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS DEFINIÇÃO:  Um fluído consiste numa substância não sólida que, devido a sua pouca coesão intermolecular, carece de forma própria e tende a adotar a forma do recipiente que o contém. PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS CLASSIFICAÇÃO:  Os fluídos podem ser classificados em:  Líquidos e  Gasosos. PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS CLASSIFICAÇÃO:  Dentre os principais fluidos empregados líquidos e gasosos, estão:  Água,  Ar,  Vapor de água,  Gases de combustão,  Fluídos refrigerantes. Água , Ar e Vapor de Água são fluídos muito empregados industrialmente PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS CLASSIFICAÇÃO:  De uma forma prática, os líquidos são aqueles que, quando colocados num recipiente a determinada temperatura e pressão, tomam o formato deste, apresentando porém uma superfície livre; enquanto que os gases preenchem totalmente o recipiente, sem apresentar nenhuma superfície livre. PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS CARACTERÍSTICAS:  O comportamento dos líquidos e gases é análogo apenas em dutos fechados, não sendo observado este comportamento em canais. Superfície Livre Líquido Gás Parede do recipiente PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS CARACTERÍSTICAS:  De forma geral:  Os sólidos: oferecem grande resistência a mudança de forma e volume.  Os líquidos: oferecem grande resistência a mudança de volume, porém não de forma.  Os gases: oferecem pouca resistência a mudança de forma e volume.  Porém, nenhum corpo encontrado na natureza, seja ele, sólido, líquido e gasoso é estritamente incompressível. CARACTERÍSTICAS: Resistência a mudança de forma PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS FLUÍDOS INCOMPRESSÍVEIS E COMPRESSÍVEIS:  Inúmeros problemas na engenharia são resolvidos de maneira satisfatória ao supor que o fluído se comporta de forma incompressível. (Mecânica dos fluídos incompressíveis).  O restante dos problemas são abordados na Mecânica dos fluídos compressíveis. PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS FLUÍDOS INCOMPRESSÍVEIS E COMPRESSÍVEIS:  Todos os líquidos pertencem a primeira classe. Os gases geralmente a segunda, porém nos gases, quando a pressão de trabalho é pequena, por exemplo inferiores a 0,1 kgf/cm² (9,81 KPa), o gás pode ser considerado também como incompressível.  Assim um ventilador que comprime ar a baixa pressão, pode ser estudada utilizando a mecânica dos fluidos incompressíveis. Por outro lado, em uma situação onde um compressor comprimi ar a 7 kg/cm² (686,5 KPa), devendo utilizar a mecânica dos fluídos compressíveis. FLUÍDOS INCOMPRESSÍVEIS: Ventiladores e compressor PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS A seguir serão definidas algumas propriedades dos fluidos que são importantes para o estudo do escoamento em Máquinas Hidráulicas.  Massa Específica (ρ) [kg/m³] É a quantidade de massa de fluido por unidade de volume. ρ=m/v A seguir estão relacionadas as massas específicas de algumas substâncias. Água – 1000 kg/m³ Etanol – 790 kg/m³ Mercúrio – 13600 kg/m³ PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Volume Específico () [m³/kg] É o volume ocupado por unidade de massa. É igual ao inverso da massa específica e tem particular importância no estudo de escoamento de fluidos compressíveis. =1/ρ  Peso Específico () [N/m³] É a razão entre o "peso" e o volume do fluido, ou mais corretamente: a força, por unidade de volume, exercida sobre uma massa específica submetida a uma aceleração gravitacional. Água=10000 N/m³ PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Viscosidade É a medida da resistência interna ou fricção interna de uma substância ao fluxo quando submetida a uma tensão. Quanto mais viscosa a massa, mais difícil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade. Para os gases, a viscosidade está relacionada com a transferência de impulso devido à agitação molecular. Já a viscosidade dos líquidos relaciona-se mais com as forças de coesão entre as moléculas. PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Viscosidade - Absoluta (μ) [kg/ms] É a medida da resistência ao escoamento do fluido, ou seja, a razão entre a tensão de cisalhamento (ou força de coesão entre as camadas adjacentes de fluidos) e a razão de mudança da velocidade perpendicular a direção do escoamento. - Cinemática () [m²/s] É a razão da viscosidade absoluta pela massa específica do fluido.  Pressão (Pa) [N/m², kgf/cm²] É definida como a razão entre a componente normal de uma força e a área sobre a qual ela atua. A pressão exercida em um elemento de área de um fluido é igual em todas as direções (Lei de Pascal). Para que ocorra o escoamento de um fluido de um ponto até o outro é necessário que haja uma diferença de pressão. Princípio da Lei de Pascal Fluído PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Pressão PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Pressão Podem ser do tipo: - Pressão Absoluta (Pabs): medida com relação a pressão zero absoluto. - Pressão Relativa ou Manométrica (Prel): medida com relação a pressão atmosférica local. - Pressão Atmosférica Padrão (Patm): é a pressão média ao nível do mar. Relação de Pressões: Pabs = Prel + Patm Os aparelhos destinados a medir a pressão relativa são o manômetro e também o piezômetro. O instrumento que mede a pressão atmosférica é o barômetro. PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Pressão Em ventiladores, será abordado conceitos relativos as pressões estática, dinâmica e total. Pressão estática É o peso exercido por um líquido em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso, por unidade de área exercida. Pressão dinâmica ou cinética É a pressão exercida por um fluído em movimento. É medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe o impacto do fluxo. Pressão total Corresponde a soma das parcelas de pressão estática e dinâmica PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Pressão de Vapor: Pressão de vapor de um fluido a uma determinada temperatura é aquela na qual coexistem as fases líquido e vapor. Nessa mesma temperatura, quando tivermos uma pressão maior que a pressão de vapor, haverá somente a fase líquida e quando tivermos uma pressão menor que a pressão de vapor haverá somente a fase vapor. Nota-se também que, à medida que se aumenta a temperatura, a pressão de vapor aumenta. Assim, caso a temperatura seja elevada até um ponto em que a pressão de vapor iguale, por exemplo, a pressão atmosférica, o líquido se vaporiza, ocorrendo o fenômeno de ebulição.  A pressão de vapor tem importância fundamental no estudo das bombas, principalmente no NPSH, como veremos mais à frente. PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Temperatura (T) [ºC] Pode ser definida, a grosso modo, como a propriedade que mede o grau de aquecimento ou resfriamento de um sistema. A temperatura aponta o sentido de transferência de energia na forma de calor, que flui dos corpos de alta temperatura para os de baixa temperatura. PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Tensão superficial () [N/m] A força que existe na superfície de líquidos em repouso é denominada tensão superficial. Esta tensão superficial é devidas às fortes ligações intermoleculares, as quais dependem das diferenças elétricas entre as moléculas, e pode ser definida como a força por unidade de comprimento que duas camadas superficiais exercem uma sobre a outra.  Tensão superficial PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS  Outra propriedade que será abordada mais aprofundada será quanto aos tipos de Escoamento.  Para finalizar devemos ter em mente que no estudo das Máquinas Hidráulicas, devemos considerar que o fluído, no caso da água, como líquido perfeito e ideal