O Que é a Cinemática dos Fluidos?
Por: allanth • 14/12/2016 • Trabalho acadêmico • 1.284 Palavras (6 Páginas) • 409 Visualizações
Fenômenos de Transporte I
Aula 05 – Cinemática dos Fluidos
5.1 O que é a Cinemática dos Fluidos?
A CINEMÁTICA DOS FLUIDOS é parte da Física que estuda o movimento de líquidos e gases ideais, ou seja, os fluidos cuja viscosidade é nula e que se movimentam sem perdas de energia por atrito, sem se preocupar com a origem desse movimento.
Para estudar a CINEMÁTICA DOS FLUIDOS, devemos definir as condições de escoamento, os tipos de fluidos e suas propriedades.
5.2 Regimes de escoamento de um fluido
O regime de movimento dos fluidos são divididos em: PERMANENTE e VARIADO.
a) REGIME PERMANENTE (RP): é aquele em que as propriedades do fluido não variam em cada ponto com o tempo.
Um exemplo prático de RP será o escoamento por uma tubulação de um tanque cujo nível do fluido é mantido constante.
[pic 1]
No RP, propriedades como velocidade, densidade, pressão e etc., em cada ponto e instante são constantes. Geralmente líquidos podem ser considerados em RP.
b) REGIME VARIADO (RV): é aquele em que as propriedades do fluido variam em cada ponto com o tempo.
[pic 2]
Se o tanque anterior, cujo o nível é variável, é um bom exemplo de RV. Geralmente, um reservatório de grandes dimensões, o nível não varia sensivelmente com o passar do tempo e o REGIME pode ser considerado APROXIMADAMENTE PERMANENTE (RAP).
[pic 3]
5.3 Escoamento laminar ou turbulento
O físico e engenheiro hidráulico irlandês Osborne Reynolds [1], demonstrou através de um experimento (Experimento de Reynolds) a existência de
[pic 4]
dois tipos de escoamento.
- ESCOAMENTO LAMINAR (EL): é aquele em que as partículas do fluido se deslocam na forma de um filete reto e contínuo em uma dimensão longitudinal. O EL acontece para pequenas velocidades do fluido
- ESCOAMENTO TURBULENTO (ET): é aquele em que as partículas do fluido se deslocam também em uma dimensão transversal, além da longitudinal. Geralmente esse comportamento é chamado de TURBULÊNCIA.
[pic 5][pic 6]
5.4 Experimento de Reynolds
[pic 7]
Reynolds verificou experimentalmente que o ESCOAMENTO LAMINAR ou
TURBULENTO de um fluido depende do valor de um número adimensional dado por:
[pic 8]
Reynolds verificou que
[pic 9]
A importância fundamental do número de Reynolds é a possibilidade de se avaliar a estabilidade do fluxo podendo obter uma indicação se o escoamento flui de forma laminar ou turbulenta. O número de Reynolds constitui a base do comportamento de sistemas reais, pelo uso de modelos reduzidos. Um exemplo comum é o túnel aerodinâmico onde se medem forças desta natureza em modelos de asas de aviões.
5.5 Vazão em volume (Q)
A VAZÃO EM VOLUME ou simplesmente VAZÃO pode ser definida pelo exemplo abaixo. Seja uma torneira que é deixada
[pic 10]
vazar em um certo intervalo de tempo:
Suponha-se que a torneira seja aberta e o cronômetro seja disparado simultaneamente. Admita-se que o recipiente abaixo dela, cujo volume é de 20 L (litros), encha em 10 s. Logo, a torneira enche 20 L em 10 s, ou seja, a VAZÃO EM VOLUME da torneira será:
[pic 11]
Também podemos analisar o problema da VAZÃO levando em consideração a geometria do problema. Seja uma tubulação de seção reta A, cujo deslocamento de um certo fluido S, acontece com uma certa velocidade constante Vel, em um certo intervalo de tempo t:
[pic 12]
Logo | a | VAZÃO EM VOLUME |
será dada por: |
[pic 13]
A unidade de VAZÃO será dada por [Q] = m3/s ou L/s.
5.6 Vazão em massa ou mássica (Qm ou )
Também podemos analisar o problema da VAZÃO do ponto de vista da massa de fluiido que passa na tubulação. É o que chamamos de VAZÃO EM MASSA ou VAZÃO MÁSSICA:
[pic 14]
Lembrando que a DENSIDADE ou MASSA ESPECÍFICA do fluido é dada por:
[pic 15]
Substituindo a Eq. (5) em (4):
[pic 16]
A unidade de VAZÃO MÁSSICA é [Qm] = kg/s ou lb/s.
5.7 Equação de continuidade
...