Mecânica dos Fluidos

Escoamentos: Permanente e Não-Permanente | Escoamento Laminar e Turbulento e Número de Reynolds.

Conteúdo da Aula:

O escoamento em regime permanente é aquele em que as propriedades do fluido são invariáveis em cada ponto com o passar do tempo.

Para ilustrar, podemos abrir uma torneira em um tanque que também está com ralo aberto. Se a quantidade de água que entra no tanque for a mesma que sai pelo ralo, o nível de água dentro do tanque é constante, portanto, como as propriedades como vazão e nível de água não se alteram com o tempo, então temos regime permanente.

Este conceito também pode ser usado em outras disciplinas, tais como, transferência de calor, vibrações mecânicas, que tem o mesmo significado. Na figura 1 ilustramos uma caixa de água trabalhando em regime permanente.

Por outro lado, o regime não-permanente, também chamado de regime transitório ou variável, é a aquele que uma ou mais propriedades variam com o tempo, em cada ponto. Como podemos ver no exemplo da garrafa da figura 2.

Escoamento laminar é aquele em que as partículas se deslocam em lâminas individualizadas, sem trocas de massa entre elas.

Escoamento turbulento é aquele em que as partículas apresentam um movimento aleatório macroscópico, isto é, a velocidade apresenta componentes transversais ao movimento geral do conjunto do fluido.
Podemos ver esses escoamentos na figura 3.

Esse estudo foi feito por Reynolds que montou uma bancada de testes ilustrado na figura 4. Regulando a vazão através do registro 5 pode se varia a vazão e consequentemente a velocidade do escoamento.

Ele percebeu que para o comportamento do fluido muda a partir de uma determinada vazão e isso pode ser verificado através do número adimensional que recebeu o nome, no caso o número de Reynolds.

Para escoamentos através de condutos circulares ou tubos, tem-se escoamento laminar para valores de números de Reynolds menor que 2000 e escoamento turbulento acima de número de Reynolds maior que 2400. Entre 2000 e 2400 temos o escoamento de transição. Este último deve ser evitado, uma vez que não é nem laminar, nem turbulento. O Cálculo do número de Reynolds pode ser verificado na fórmula ilustrada na figura 5.

Figuras e Fórmulas:

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​

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