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Mecânica dos Fluidos

Pressão Em Torno de Um Ponto - Lei de Pascal - Carga de Pressão

Conteúdo da Aula:

Sobre a pressão estática em um ponto de fluido podemos fazer a seguinte afirmação:" A pressão num ponto de um fluido em repouso é a mesma em qualquer direção."
Podemos visualizar esse efeito na figura 1. Basta uma pequena análise para comprovar tal afirmação.
Vimos que pressão é definida como p = F/A, assim temos que F = p.A, ou seja, quando temos uma pressão atuante numa área, obrigatoriamente temos uma força agindo. Por outro lado, temos a lei de Newton do movimento diz que F = m.a, ou seja, quando existe uma força aplicada sobre uma massa obrigatoriamente surge uma aceleração. Mas se o fluido está em repouso, indica que não temos força resultante, portanto essas forças se anulam em um dado ponto, do contrário teríamos resultante da força diferente de zero e consequentemente, um escoamento de fluido.

Lei de Pascal: A lei de Pascal diz que "A pressão aplicada num ponto de um fluido em repouso transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido."
Isso significa que quando aplicamos uma determinada pressão num fluido, essa pressão provocará um aumento de pressão em todos os pontos do fluido.
Este é o princípio dos sistemas hidráulicos e pneumáticos.

Podemos visualizar esse fenômeno na figura 2. Digamos que as pressões nos pontos 1, 2 e 3 sejam 1 bar, 2 bar e 3 bar respectivamente (lado esquerdo).
Ao aplicarmos uma pressão nesse sistema de 20 bar (lado direto), os pontos 1, 2 e 3 passaram a ter as seguintes pressões 21 bar, 22 bar e 23 bar, respectivamente.

Para exemplificar a Lei de Pascal, vejamos um exemplo:
A figura (3) representa esquematicamente um elevador hidráulico. Os dois êmbolos têm êmbolos tem, respectivamente, as áreas A2 = 10 cm^2, A1 = 100 cm^2. Se for aplicado uma força de 200 N, no êmbolo (2), qual será a força transmitida em (1)?

Resolução: A pressão transmitida pelo êmbolo (2) será 𝑝2 = 𝐹2/𝐴2.
Pela lei de Pascal, essa pressão será transmitida integralmente ao êmbolo (2), portanto, p1 = p2.
Substituindo a expressão para cálculo de pressão e isolando a força F1, obtemos, 2000 N. Conforme resolução indicada na figura (4).

Carga de Pressão: Uma consequência do Teorema de Stevin em relação a pressão estática de um fluido e a altura de coluna de líquido correspondente é uma constante para um mesmo fluido, ou seja, mesmo que em sistemas diferentes com pressões iguais, a coluna de líquido será igual.

Dessa forma, podemos expressar a pressão de um fluido através de um unidade de comprimento.
A essa altura correspondente a uma pressão é dado o nome de "Carga de Pressão". Desse conceito deriva o conceito de perda de carga, muito usado em escoamentos de qualquer fluido. Veremos isso mais adiante.

Ilustramos esse conceito na figura 5. A carga de pressão correspondente ao ponto 1 é a altura h1, enquanto a carga de pressão do ponto 2 corresponde à altura h2.

Para exemplificar o conceito de carga de pressão, imaginemos a seguinte situação, ilustrada na figura (6). Temos um tubo por onde escoa um líquido a uma dada pressão (lado esquerdo).
Se fizermos um furo nesse tubo e anexarmos uma tubo transparente auxiliar verticalmente, observaremos uma determinada altura que o líquido irá assumir. Essa altura é exatamente a mesma da carga de pressão. Desse princípio que temos a medição de pressão por meio de piezômetros e manômetros em U que falaremos mais adiante.

Figuras, Fórmulas e Resolução:

Pressão estática de um fluido em torno de um ponto

CONSIDERAÇÕES SOBRE A MECÂNICA DOS FLUIDOS

A Mecânica dos Fluidos é uma disciplina da engenharia muito importante, pois ela trata da interação dos fluidos em diversos sistemas.

Fluido nada mais é do que a junção dos líquidos em gases em uma única classificação, assim passamos a dividir o estudo da mecânica em dois, o estudo relativo aos sólidos e o estudo relativos aos fluidos.

Entender os conceitos da Mecânica dos Fluidos é fundamental para qualquer aspirante a engenheiro, até mesmo os técnicos e tecnologos.

Os princípios da Mecânica dos Fluidos estão inseridos em qualquer sistemas que envolva um líquido ou gás (também vapor) e portanto, essencial na engenharia.

Nossa playlist de Mecânica dos Fluidos aborda os seguintes temas:

Introdução
- Conceito técnico de Fluido
- Lei de Newton da Viscosidade e Tensão de Cisalhamento
- Fluidos Newtonianos e Fluidos Não-Newtonianos
- Conceito de Viscosidade Dinâmica
- Conceito de Massa Específica
- Conceito de Peso Específico
- Conceito de Densidade Relativa ou Peso Específico Relativo
- Conceito de Viscosidade Cinemática
Estática dos Fluidos
- Conceito de Pressão
- Princípio de Stevin
- Lei de Pascal
- Conceito de Carga de Pressão
- Superfícies Submersas e Comportas
- Manometria e Manômetro em U
Cinemática dos Fluidos
- Conceito de Escoamento em Regime Permanente e Não-Permanente
- Conceito de Escoamento Laminar, Escoamento de Transição e Escoamento Turbulento
- Número de Reynolds
- Conceito de Escoamento Ideal ou Não-Viscoso
- Conceito de Escoamento Incompressível
- Conceito de Linhas de Corrente e Trajetória
- Conceito de Escoamento Uniforme
- Conceito de Velocidade Média na Seção
- Conceito de Vazão Volumétrica
- Conceito de Vazão em Massa
- Equação da Continuidade
- Lei de Conservação da Massa
Equação da Energia
- Energias Mecânicas Associadas ao Fluido
- Equação de Bernoulli
- Equação da Energia na presença de Uma Bomba ou Uma Turbina
- Equação da Energia Para um Fluido Real
- Altura Manométrica da Bomba
- Potência Hidráulica e Potência de Eixo
Equação da Continuidade de Movimento
- Cálculo de Força Exercida por Um Fluido
Cálculo de Perda de Carga
- Conceito de Raio Hidráulico e Diâmetro Hidráulico
- Conceito de Rugosidade Real, Rugosidade Uniforme e Rugosidade Equivalente
- Diagrama de Moody-Rouse
- Cálculo de Perda de Carga Distribuída
- Cálculo de Perda de Carga Localizada pelo comprimento equivalente e pelo coeficiente de perda de carga localizada.
Exercício: Instalação de Bombeamento