Post on 24-Jun-2015
“infinitas possibilidades de construir um novo modelo de ensino e pesquisa acadêmica”
Turmas do diurno & vespertino
Mecânica dos Fluidos I (BC1103)
*Contato: UFABC, Bloco B-Piso 10, Sala 1002; E-mail: israel.rego@ufabc.edu.br
Prof. Dr. Israel da S. Rêgo*
HOKUSAI-san, “A grande onda”
“O que distingue um Cientista de um Engenheiro é que o Cientista descobre o que existe,enquanto que o Engenheiro cria o que nunca existiu.”
Theodore Von Kármán, Físico Húngaro (1881-1963)
Introduzir e discutir os fundamentos da Mecânica dos Fluidos.
Aplicar os conceitos de Mecânica dos Fluidos para modelar e resolver problemas
Objetivos
Competências
Aplicar os conceitos de Mecânica dos Fluidos para modelar e resolver problemasde interesse científico e das engenharias.
Como a carga horária da disciplina é de 4 horas/semana, é recomendadodedicação individual de 6 horas/semana.
21 aulas, resolução de exercícios, 02 provas oficiais e 01 substitutiva.
Recomendações
Metodologia
Aprovação Reprovação
A (entre 10 e 8,75) F (abaixo de 5)
B (entre 8,75 e 7,5) O (acima de 25 % de faltas)
C (entre 7,5 e 6,25)
D (entre 6,25 e 5)
Nota)(Maior 2Nota)(Menor 1 Final Nota
×+×=
Conceito versus Nota numérica
1. Mecânica dos Fluidos, Frando Brunetti, Pearson, 2nd Edition, 2008.
2. Introdução à Mecânica dos Fluidos, Robert W. Fox, Alan T. McDonald &
Philip J. Pritchard, 6th Edition, 2006.
3. Fluid Mechanics, Frank M. White, McGraw-Hill, 5th Ed., 2003.
3 Final Nota =
ATENÇÃO: A prova substitutiva substitui uma das provas oficiais em caso de falta justificada.
Bibliografia sugerida
Aula 1 (14/09) Introdução & Conceitos básicosAula 2 (16/09) Estática dos FluidosAula 3 (21/09) LaboratórioAulas 4, 5 & 6 (23/ até 30/09) Volume de Controle Finito & Equações básicas
PRIMEIRA PROVA (05/10)
Aulas 7 & 8 (07/ & 14/10) Equação de Bernoulli & AplicaçõesAula 9 (19/10) LaboratórioAulas 10 & 11 (21/ & 26/10) Escoamentos rotacional e irrotacionalAula 12 (04/11) Análise dimensional & Semelhança entre escoamentos
Cronograma tentativo
Aula 12 (04/11) Análise dimensional & Semelhança entre escoamentosAula 13 (09/11) LaboratórioAula 14 (11/11) Semelhança entre escoamentosAulas 15 & 16 (16/ & 18/11) Escoamentos viscoso & turbulentoAula 17 (23/11) LaboratórioAulas 18, 19, 20 & 21 (25/11 até 9/12) Escoamentos interno & externo
SEGUNDA PROVA (09/12)
SUBSTITUTIVA (14/12)
Acessar o site do Gmail (user: mfufabc@gmail.com & senha: mecflu2010) para obter notas deaula, avisos, conceitos e ETC.
“infinitas possibilidades de construir um novo modelo de ensino e pesquisa acadêmica”
Turmas do Diurno & Vespertino
Introdução & Conceitos básicos
*Contato: UFABC, Bloco B-Piso 10, Sala 1002; E-mail: israel.rego@ufabc.edu.br
Prof. Dr. Israel da S. Rêgo*
Aplicações da Mecânica dos Fluidos
Basicamente, a Mecânica dos Fluidos é a Ciência que lida com ocomportamento dos fluidos em repouso e em movimento.
Mecânica dos Fluidos como Ciência
Escopo da Mecânica dos Fluidos
A Mecânica dos Fluidos é fundamental para o estudo de qualquer fenômenoenvolvendo um fluido assim como, para o desenvolvimento de qualquer sistema noqual um fluido é o meio operante.
http://www.ima.umn.edu/
Projeto de meios de transporte. Projeto de máquinas de fluxo.
Estudo de ciclones.
Definição simplista de um fluido
Conceitos fundamentais
Definição formal de um fluido
Informalmente, fluido é um meio que “flui”, tais como líquidos & gases.
Formalmente, fluido é um meio que se deforma continuamente quando sujeito auma tensão de cisalhamento, por menor que esta seja.
Fluido sob cisalhamento.
OBSERVAÇÕES:
a) Por menor que seja F, o fluido deve “fluir”;b) O fluido “flui” enquanto F agir;c) θ é a deformação angular do fluido.
Exercício de fixação (apresentação no quadro)
Hipótese do meio contínuo
O comportamento de um fluido em repouso ou em movimento é avalidado apartir de valores médios ou macroscópicos das quantidades físicas de interesse(velocidade, densidade e etc) num dado volume que envolve o ponto.
*VMicro Macro
L
l
contínuo no limV
mi
VV
∑∗→
=ρ
Densidade média contra volume.
OBSERVAÇÕES:
a) V* é pequeno o suficiente para que todas as propriedades sejam uniformes;b) V* é grande o suficiente para conter um n˚ grande de moléculas;c) V* deve ser pequeno com relação à L e grande com relação à l.
*V
Dimensão característica L, livre caminho médio l e volumeinfinitesimal V*
Densidade ou massa específica (ρ)
Peso específico (ɣ)
volume
massa=ρ
Fluidos @ 25 C˚ Densidade (ρ) [kg/m3]
Atmosfera de Marte 0,001
Ar 1,2
Sangue 1096
Água 1000
Fluidos @ 25 C˚ Peso específico (ɣ) [N/m3]
gravidade×= ργ
Fluidos @ 25 C˚ Peso específico (ɣ) [N/m3]
Atmosfera de Marte 0,004
Ar 11,76
Sangue 10740
Água 9800
OBSERVAÇÕES:
a) Para fluidos gasosos, ρ varia com a pressão e a temperatura, segundo a equaçãode estado.
Forças de superfície & de corpo
Todo e qualquer fluido pode sofrer a ação de forças de superfície (ex: pressão eatrito) assim como, de forças de corpo (ex: gravitacional, elétrica etc).
OBSERVAÇÕES:
a) Forças superficiais são de “curto alcance”;b) Interação fluido-fluido geram forças superficiais;c) Forças de superfície são função da área;
Interação de Van der Waals entre moléculas de H20.
OBSERVAÇÕES:
a) Forças de corpo são de “longo alcance”;b) A resultante num ponto é função do volume do fluido.
Fluido sinovial tensionado.
Tensões de cisalhamento & normal
Forças de superfície agindo sobre o fluido geram tensões. O conceito de tensãoé útil para descrever a transmissão de forças através do fluido.
rδ
tFr
δ
Fr
δ
n̂
AnAn δδ ˆ=r
n̂
nAr
δσ
nτ
normal tensãoa é lim & tocisalhamen de tensãoa é lim00
n
n
An
n
t
An
A
F
A
F
nn δ
δσ
δ
δτ
δδ →→==
OBSERVAÇÕES:
a) A normal sempre “aponta” para fora do fluido onde a força é aplicada;b) O fluido é tratado como um meio contínuo;c) A tensão normal negativa representa uma pressão (convenção);d) δA→0 indica que o cisalhamento e a pressão agem no ponto.
Componentes da força aplicada.
Fr
δ nFr
δ nσ
Campo de tensão gerado.
Viscosidade de um fluido (µ)
A viscosidade é a propriedade que indica a maior ou menor dificuldade do fluidoescorrer. A viscosidade tem origem no atrito entre as moléculas do fluido.
OBSERVAÇÕES:
a) A viscosidade de um GÁS aumenta com a temperatura;b) A viscosidade de um LÍQUIDO diminui com a temperatura.
Tn Óleo de mamona
Aproximações de µ(T) para LÍQUIDOS.
Fluidos @ 25 C˚ Viscosidade absoluta (µ) [N.s/m2]
Água 0,001
Ar 0,00002
Gasolina 0,0006
Motor oil 0,66
( ) ( )
+
+
=
Sutherland de Lei /
potência de Lei
2/3
0
0
0
ST
STTT
T
T
µ
µ
Queda exponencial de µ com T para GASES.
{ }bta −= expµ
Lei de Newton da Viscosidade
constante uma é onde ,ou µµττdy
du
dy
duyxyx =∝
Sir Issac Newton observou experimentalmente que a tensão de cisalhamento édiretamente proporcional ao gradiente de velocidade do fluido.
Experimento das duas placas paralelas. Perfil da velocidade de escoamento.
OBSERVAÇÃO:
a) Fluidos que obdecem a relação acima são ditos newtonianos ou clássicos.
Um fluido é dito newtoniano quando a tensão é proporcional ao gradiente develocidade. Caso contrário, o fluido é dito não-newtoniano.
Fluidos Newtonianos Vs. Não-Newtonianos
n
dy
dV
= µτ
Exercícios de fixação (apresentação no quadro)
Fluidos não-newtonianos.
Tensão contra gradiente de velocidade.
Blindagem líquida
Esperma Pasta de dente