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Mecânica dos Fluidos

Força Em Superfície Plana Submersa - Comportas

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Conteúdo da Aula:

Como vimos anteriormente, pelo Princípio de Stevin, a pressão em um fluido em repouso é proporcional ao peso específico e a profundidade. Por definição, sempre que temos uma pressão atuando numa área, teremos uma força resultando atuando nessa área. Se a pressão varia, consequentemente, teremos uma força variável.

Isso acontece quando temos uma superfície submersa em uma posição diferente de horizontal, como vemos na figura 01. CG é o centro de gravidade da superfície enquanto CP é o centro de pressão.

Como a força varia, temos que aplicar uma integral para obtermos a força resultante que age sobre a superfície. Generalizando, podemos representar qualquer superfície como indicado na figura 2.

Adotando um eixo de coordenadas que coincide com a superfície, temos a indicação do eixo Y, que forma um ângulo com o nível do líquido que é horizontal, que podemos relacionar com a profundidade h através do seno do ângulo. Escolhendo uma área infinitesimal dA, teremos uma força infinitesimal dF atuando devido a ação da pressão nessa área. Ao integrar, podemos identifica a força resultante que age na superfície, como indicado na figura 3.

Por definição, o centro de gravidade, indicado por "y barra" é a integral da cota y.dA dividido pela área total. Isolando a integral, essa se iguala ao centro de gravidade vezes a área. Se substituirmos e fazermos alguns arranjos, obtemos que a força é igual a pressão no centro de gravidade vezes a área da superfície. Isso, representamos na figura 4.

Agora queremos identificar a localização da força resultante, que chamamos de Centro de Pressões, que é o ponto de aplicação da força resultante das pressões sobre um certa área.
O eixo Ox será adotado para cálculo do momento das forças. Desenvolvendo iremos obter a cota Ycp e Xcp, conforme indicado na figura 5.

RESUMO E OBSERVAÇÕES:

1) Calcula-se a força correspondente a pressão no Centro de Gravidade CG.
2) A força calculado deve ser aplicada no Centro de Pressão CP

3) Para localizar o Centro é necessário calcular o Momento de Inércia da Superfície plano com relação a superfície livre.
a) Dúvidas sobre momento de inércia, revisar assunto (Estática | Mecânica Geral)
b) Para superfícies regulares pode-se usar as tabelas para Momento de Inércia.
4) Para reservatórios pressurizados deve-se somar a pressão atuante no reservatório.

Figuras e Desenvolvimento:

Superficie plana submersa
comporta - superfície submersa
força resultante
centro de pressao
centro de pressao
pos graduação em engenharia

CONSIDERAÇÕES SOBRE A MECÂNICA DOS FLUIDOS

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

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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.

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

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

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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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