Termodinamica

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FLUIDOS

UNINOVE FT-I Prof. Nelson P.F

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Fluidos - Introdução


Sabemos que a matéria é composta de átomos e moléculas e que existem forças de atração entre elas, as forças intermoleculares, que são de curto alcance. Nos sólidos, as moléculas estão bastante próximas e as forças de atração são muito fortes, por isto, as moléculas mantém suas posições relativas.



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Fluidos - Introdução


Nos líquidos as moléculas estão mais espaçadas, as forças intermoleculares não são tão intensas e as moléculas movem-se em relação às outras, ainda sujeitas a uma certa atração. Nos gases, o espaçamento intermolecular é bem maior e as moléculas movem-se livremente em relação às demais, praticamente não há forças intermoleculares agindo.

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Fluidos - Introdução


Uma tensão é uma força aplicada a uma superfície. Podendo ser:


Tensão normal → força aplicada perpendicularmente à superfície (pressão) Tensão cisalhante → tangencialmente à superfície força aplicada





Tensões normais tendem a alterar o volume de um corpo, enquanto tensões cisalhantes tendem a deformá-lo.
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Fluidos - Introdução
Tensão normal

Tensão de cisalhamento

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Fluidos - Introdução


Quando aplicamos uma tensão cisalhante a um sólido este resiste e deforma-se, em geral bem pouco. Se a tensão for suficiente, o sólido pode romper-se. Quando aplicamos uma tensão cisalhante de qualquer intensidade a um fluido, este não resiste,e sim deforma-se continuamente(ou seja, escoa) enquanto sob a ação desta tensão.
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Fluidos - Introdução


O escoamento de um fluido ocorre em camadas (assim como uma resma de papel espalhando-se sobre uma mesa) Quando um fluido escoa adjacente a uma superfície sólida, a camada em contato com a supefície adere à mesma, esta é a chamada condição deaderência ou no-slip condition).



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Fluidos - Introdução


A taxa de deformação (strain rate) de um fluido é relacionada à tensão de cisalhamento aplicada (shear stress) pela lei da viscosidade de Newton

du τ=μ dy
A tensão de cisalhamento é proporcional à taxa de deformação

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Fluidos - Introdução
● ● ●

Onde τé a tensão de cisalhamento u é a velocidade na direção x du/dy é a taxa de deformação (gradiente de velocidade) A constante de proporcionalidade chamada de viscosidade dinâmica característica de cada fluido. μ e é é



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Fluidos - Introdução

U

F

δ

y x

u = u(y) = ay
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Fluidos - Introdução


Exemplo 1:Uma placa de madeira com 1m 2 é arrastada sobre um filme de água de 1mm de espessura. Sabendo-se que a viscosidade dinâmica da água é 1,0x10-3 N.s/m2 a 20C Calcular a potência necessária para mover a placa a 1m/s du/dy = U/ = 1/10-3 = 103 s-1 P = F.U = τAU = 1,0x10 . 10 . 1.1 = 1W
-3 3

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Fluidos - Introdução


Recalcular para o caso da água sersubstituída por glicerina a 20C com μ = 1,1 2 N.s/m du/dy = 1/10 = 10 s
-3 3 -1

P = F.U = τAU = 1,1 . 103 . 1.1 = 1100W

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Fluidos - Introdução


Exemplo 2: Um bloco de massa m = 10kg desliza sobre um plano inclinado a 20 graus com a horizontal, uma camada de óleo SAE 10W de 0,1 mm de espessura está entre o bloco e o plano. A área da base do bloco é de 2 0,1mDeterminar a velocidade terminal do bloco. Dado: viscosidade do óleo SAE 10W a 20C μ = 0,1 N.s/m2

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Fluidos - Introdução
Para velocidade terminal temos:
P sen 20o = τA m g sen 20o = μ (du/dy) A m g sen 20o = μUA/δ , resolvendo para U temos: U = m g sen 20o δ / μA , introduzindo os valores vem U = 10.9,8.0,342.0,0001/0,1.0,1 = 0,33m/s

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