Definição e propriedades dos fluídos

DEFINIÇÃO E PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS

Resumo:

Através de matérias de baixo custo é possível compreender e aplicarmos conceitos básicos da física integrados a elementos da engenharia (Mecânica dos Fluídos) pela simples construção de um braço mecânico baseado no Princípio de Pascal.

Passo 1

A compressibilidade define-se como sendo uma variação infinitesimal do volume por unidade de variação de pressão. Em termos mais simples, é a propriedade que a matéria apresenta quando sofre a ação de forças adequadamente distribuídas, tendo seu volume diminuído. É também este termo a propriedade dos corpos que podem ser comprimidos. Em termos habituais, a compressibilidade dos líquidos é quase nula. Variações simultâneas da pressão e do volume de um gás em temperatura constante implicam na sua compressibilidade.

Em termodinâmica e mecânica dos fluidos, compressibilidade é uma medida da relativa mudança de volume de um fluido ou sólido como uma resposta a uma pressão (significativa alteração de tensão, onde V é volume e p é pressão. Nota: a maioria dos livros texto usa esta notação para esta grandeza. O estabelecido acima é incompleto, porque para qualquer objeto ou sistema a magnitude da compressibilidade depende fortemente se o processo é adiabático ou isotérmico.

O inverso da compressibilidade é chamado de módulo de compressibilidade, freqüentemente notado como K (algumas vezes na literatura B, de bulk modulus, como é tratado em inglês).

Consideremos um corpo fluido aprisionado em um cilindro obturado por um êmbolo, como se ilustra a seguir. Mantendo constantes todas as demais condições físicas (em particular, a temperatura) verifica-se que o volume ocupado depende da pressão exercida.

Seja V o volume ocupado pelo fluido quando submetido à pressão p, e seja V + DV volume sob pressão p + Dp. Quando a pressão aumenta (Dp > 0) volume diminui (DV< 0), e vice-versa. Ensaiando fluidos diversos, ocupando inicialmente volumes iguais, verifica-se que a um mesmo incremento Dp da pressão correspondem incrementos DV do volume que variam grandemente de caso para caso. Ao maior incremento de volume corresponde maior compressibilidade.

Entende-se por coeficiente de compressibilidade de um fluido o incremento de volume por unidade de volume inicial e por unidade do incremento de pressão, em valor absoluto; simbolicamente:

(1/C) = -1. ∆V. (01 b V ∆p

As unidades de medida desta grandeza são os recíprocos das unidades de pressão. O recíproco C do coeficiente de compressibilidade é denominado modulo de compressibilidade (esse conceito é posto em Estática).

Para os líquidos, o coeficiente de compressibilidade pode ser considerado independente da pressão, desde que o intervalo de variação desta não se torne muito amplo; o coeficiente de compressibilidade é da ordem de 10-5 at.(-1), o que equivale a afirmar que um incremento de pressão de uma atmosfera técnica determina em um líquido uma diminuição de volume da ordem de 1/100 000 do volume inicial.

Para os gases, o coeficiente de compressibilidade depende das condições nas quais se realiza a compressão; por exemplo, tem-se C = p na transformação isotérmica, e C = (cp/cv).

...