Mecânica Dos Fluidos

MECANICA DOS FLUIDOS

RESUMO

A mecânica dos fluidos é o ramo da mecânica que estuda o comportamento físico dos fluidos e suas propriedades. Os aspectos teóricos e práticos da mecânica dos fluidos são de fundamental importância para a solução de diversos problemas encontrados habitualmente na engenharia, sendo suas principais aplicações destinadas ao estudo de escoamentos de líquidos e gases, máquinas hidráulicas, aplicações de pneumática e hidráulica industrial, sistemas de ventilação e ar condicionado além de diversas aplicações na área de aerodinâmica voltada para a indústria aeroespacial. O estudo da mecânica dos fluidos é dividido basicamente em dois ramos, a propriedades e leis físicas que regem o comportamento dos fluidos livre da ação de forças externas, ou seja, nesta situação o fluido se encontra em repouso ou então com deslocamento em velocidade constante, já a dinâmica dos fluidos é responsável pelo estudo e comportamento dos fluidos em regime de movimento acelerado no qual se faz presente a ação de forças externas responsáveis pelo transporte de massa. Dessa forma, pode-se perceber que o estudo da mecânica dos fluidos está relacionado a muitos processos industriais presentes na engenharia e sua compreensão representa um dos pontos fundamentais para a solução de problemas geralmente encontrados nos processos industriais.

Palavras-chaves: Mecânica, Fluídos, Engenharia.

INTRODUÇÃO

A mecânica dos fluidos é o estudo dos fluidos em movimento (dinâmica dos fluidos) ou em repouso (estática dos fluidos). Tanto os gases quanto os líquidos são classificados como fluidos, e o numero de aplicações dos fluidos na engenharia é enorme: respiração, circulação sanguínea, natação, bombas, ventiladores, turbinas, aviões, navios, rios, moinhos de vento, tubos, misseis, icebergs, motores, filtros, jatos e aspersores, só para citar alguns exemplos. Quando pensamos nesse assunto, vemos que quase tudo neste planeta ou é um fluido ou se move em um fluido ou próximo dele.

A essência do estudo do escoamento dos fluidos é um compromisso criterioso entre a teoria e a experimentação. Como o escoamento dos fluidos é um ramo da mecânica, ele satisfaz a um conjunto de leis fundamentais bem definidas e, portanto, temos disponível uma grande quantidade de tratados teóricos. No entanto, a teoria frequentemente é frustrante porque ela se aplica principalmente a situações idealizadas, que podem se tornar invalidas nos problemas práticos. Os dois principais obstáculos à validade de uma teoria são a geometria e a viscosidade. As equações básicas o movimento dos fluidos são muito difíceis para permitir ao analista estudas em placas planas, tubos circulares e outras geometria simples. É possível aplicar técnicas numéricas computacionais a geometria complexa, e há atualmente livros-texto especializados para explicar as novas aproximações e métodos da dinâmica dos fluidos computacionais.

O segundo obstáculo à validade de uma teoria é a ação da viscosidade, que só pode ser desprezada em certos escoamentos idealizados. Primeiro a viscosidade aumenta a dificuldade das equações básicas, embora a aproximação de camada-limite proposta por Ludwig Prandt em 1904 tenha simplificado bastante as analises de escoamentos viscosos. Segundo, a viscosidade tem um efeito desestabilizador sobre todos os fluidos, dando origem, em baixas velocidades a um fenômeno desordenado e aleatório chamado de turbulência. A teoria do escoamento turbulento não está redefinida e é fortemente sustentada por experimentos, contudo pode ser muito útil como uma aproximação na engenharia.

Há teoria disponível para os problemas de escoamento de fluido, mas em todos os casos ela deve ser apoiada pelos experimentos. Frequentemente os dados experimentais são a principal fonte de informação sobre escoamento específico, tais como o arrasto e a sustentação em corpos imersos. Felizmente, a mecânica dos fluidos é um assunto altamente visual, com boa instrumentação, e o uso de conceitos de modelagem e de analise dimensional está difundido. Assim, a análise experimental proporciona um complemento natural e fácil para a teoria.

A mecânica dos fluidos é usada no dia-a-dia em prensas hidráulicas, porque a teoria dos fluidos também diz que se aplicada uma força em um ponto especifico em um fluído essa força se espalhara através de todo o fluído e das paredes do recipiente que o contem, essa teoria foi estabelecida por Pascal.

As moléculas na mecânica dos fluidos vibram constantemente, para alcançar o zero absoluto, é necessário Cessar o estado de vibração isso faz com que o fluido entre no estado de repouso termodinâmico. Nos dias de hoje aviões muito modernos usam técnicas para driblar essas leis na formação de vórtices nas asas dos aviões.

O FLUIDO COMO UM CONTÍNUO

O conceito de um continuo é a base da mecânica dos fluidos clássica. A hipótese do continuo é valida no tratamento do comportamento dos fluidos sob condições normais. Quando a trajetória media livre das moléculas torna-se da mesma ordem de grandeza da menor dimensão característica significativa do problema. Isto ocorre em casos específicos como no escoamento de um gás rarefeito (encontrados em voos superiores a camada atmosférica). Nestes problemas espaciais, devemos abandonar o conceito de continuo em favor dos pontos de vista microscópico e estatístico.

A consequência da hipótese do continuo é que cada propriedade do fluido é como tendo um valor definido em cada ponto no espaço. Dessa forma, as propriedades dos fluidos, como massa especifica temperatura, velocidade etc., é considerada função continua da posição e do tempo.

Para ilustrar o conceito de propriedade em um ponto, considere a maneira pela qual determinamos a massa especifica num ponto. Nosso interesse é determinar a massa especifica no ponto C cujas coordenadas são X Y Z. A massa especifica é definida como a massa por unidade de volume. A massa especifica media dentro do volume V que será dada por p=m/V. Isso não será igual o valor da massa especifica no ponto C. Para determinarmos a massa no ponto C devemos selecionar um pequeno volume, ƍV, ao redor do ponto C e determinar a razão ƍm/ƍV. A questão é: quão pequeno deve ser o volume ƍV?

Supondo que o volume ƍV seja relativamente grande inicio um gráfico típico de ƍm/ƍV deve ser suficientemente grande para fornecer um valor significativo e reproduzível