Tópico 2 Propried Fund dos Fluidos 2019 2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS- UFLA Departamento de Recursos Hídricos e Saneamento -DRS GRS -101 HIDRÁULICA I - Prática

2019 - 2º Semestre

Tópico – 2 PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DOS FLUIDOS

Prof. Geraldo Magela Pereira Prof. Thiago Henrique

FLUIDOS: são substâncias que são capazes de escoar e cujo volume toma a forma de seu recipiente. Quando em equilíbrio, os

fluidos não suportam forças tangenciais ou cisalhantes. Todos os fluidos possuem um certo grau de compressibilidade e oferecem pequenas resistência à mudança de forma.

Os Fluidos podem ser divididos em líquidos e gases. A principal diferença entre eles são: os líquidos são praticamente incompressíveis, ao passo que os gases são compressíveis e muitas vezes devem ser assim tratados e os líquidos ocupam volumes definidos e tem superfícies livres ao passo que uma dada massa de gás expande-se até ocupar todas as partes do recipiente.

1) MASSA ESPECÍFICA (  ) ou DENSIDADE ABSOLUTA (  ) -É o quociente entre a Massa do fluido e o Volume que contém essa massa.

m  V

onde:

 = massa específica m = massa do fluido V = volume correspondente do fluido

SISTEMA: Sist. Internacional ( S.I.). Sist. Técnico (S.Tec.)

UNIDADE: kg / m3 kgf s2 / m4 ou UTM / m3

Exemplos:

a) massa específica da Água ( 4 C )  = 1 g / cm3 (C.G.S.)  = 1.000 kg / m3 (S.I.)  = 101,94 kgf s2 / m4 ( S.Tec.) b) massa específica do Mercúrio (Hg)  = 13.595,1 kg / m3 ( S.I.)  = 1.385,84 kgf s2 / m4 (S.Tec.)

- MASSA ESP ECÍFICA (  ) varia com a temperatura: máx = 1.000 kg.m-3 ;

101,94 kgf.s2.m-4

(água)

2) P E S O

ESPECÍFICO

()

- É o quociente entre o PESO de um dado fluido e o VOLUME que o contém.

w  V

onde:

 = peso específico W = peso do fluido V = volume correspondente do fluido

SISTEMA:

UNIDADE:

Sist. Internacional ( S.I.).

N / m3

Sist. Técnico (S.Tec.)

kgf / m3

Exemplos: a) peso específico da Água ( 4 C ):  = 9.806,65 N / m3  = 1.000 kgf / m3 b) peso específico do Mercúrio ( Hg):  = 133.322,368 N / m3  = 13.595,1 kgf / m3 OBS.:

w m* g m onde :     V V V

(S.I. ) (S.Tec.) (S.I. ) (S.Tec.)

Logo :    * g

3) – DENSIDADE RELATIVA OU

D E N S I D A D E (  ):

É a relação entre a Massa específica (  ) de uma substância e a Massa específica ( 1 ) de outra substância, tomada como referência: onde:  = Densidade (adimensional).  = Massa específica do fluido em estudo. 1 = Massa específica do fluido tomado como referência. Adota-se a mesma unidade para  e 1 Portanto,  é um número ( desprovido de unidade). A referência adotada para os líquidos é a ÁGUA a 4C:

Substância: Álcool etílico Petróleo Óleo Diesel ÁGUA (Destilada) ÁGUA do Mar (Salgada) Melaço Tetracloreto de Carbono MERCÚRIO

DENSIDADE () : 0,80 0,88 0,82 a 0,96 1,0 1,02 a 1,03 1,40 a 1,50 1,59 13,6

4) – V I S C O S I D A D E ( ATRITO INTERNO): - Quando um Fluido escoa, verifica-se um movimento relativo entre as suas partículas,

resultando um Atrito entre as mesmas. - ATRITO INTERNO ou VISCOSIDADE é a propriedade dos fluidos responsável pela sua resistência à Deformação (ou Deslocamento). - A Viscosidade é diretamente relacionada com a COESÃO entre as partículas do fluido. - Alguns líquidos apresentam essa propriedade com maior intensidade que outros. -

Exemplo: Óleo lubrificante escoa mais lentamente que a água ou álcool.

-

ATRITO EXTERNO:

- Chama-se Atrito Externo à resistência ao deslizamento de fluidos, ao longo de superfícies sólidas (Ex. : Tubulações, Canalizações) - Um exemplo importante é o que ocorre com o escoamento de um líquido em um tubo: - Forma-se junto às paredes uma película fluida que não participa do movimento (V=0). - Ou seja, junto à parede do tubo, a Velocidade = 0. - E na parte Central, a velocidade é máxima (V = máx).

IMPLICAÇÃO: -Em conseqüência dos ATRITOS EXTERNOS E INTERNOS (VISCOSIDADE), e principalmente, da Viscosidade, o escoamento de fluidos dentro das canalizações, somente se verifica com “PERDA” de Energia, perda essa designada por “ PERDA DE CARGA” ( hf)

a) Registro Fechado: Sem escoamento. principio dos vasos comunicantes, mesma pressão b) Registro Aberto: Com escoamento. ocorre a perda de carga (hf).

VISCOS IDADE

( ATRITO INTERNO):

COEFICIENTE DE VISCOSIDADE CINEMÁTICO (  )

  

SISTEMA:

UNIDADE:

Sist. Internacional ( S.I.).

m2/s

Sist. Técnico

m2/s

A viscosidade é medida pelo equipamento denominado VISCOSÍMETRO.

Fluidos NEWTONIANOS: apresentam relação linear entre a Tensão de cisalhamento e a Taxa de deformação.

- muitos fluidos comuns, tais como: água, ar, óleo, leite, gasolina são F. Newtonianos. - a VISCOSIDADE é constante, mesmo com a variação da Tensão (Agitação).

5) – COMPRESSIBILIDADE: Para efeitos práticos, os líquidos são considerados INCOMPRESSÍVEIS. Exemplo: Volume de 100 litros  Aplicar P = 7 kgf/cm2 Redução no volume de 0,33 litros (volume desprezível).

Elasticidade de volume.

6) – SOLUBILIDADE DOS GASES: Os líquidos podem dissolver os gases. A água dissolve o ar em proporções diferentes entre o O2 e N.  Implicação: é a causa do desprendimento de ar e aparecimento de bolhas de ar nos pontos altos das tubulações.

7) – PRESSÃO DE VAPOR -

OU

TENSÃO DE VAPOR (hv ou Pv)

Denomina-se “pressão de vapor” de um líquido a “pressão” na superfície, quando o líquido evapora. Essa “pressão de vapor” varia com a temperatura.

- Observe no Quadro que a “pressão de vapor” iguala a pressão atmosférica normal a 100 °C e que, havendo uma diminuição de pressão (sucção em bombas), a pressão de vapor pode chegar a ser ultrapassada (para baixo) e a água passa ao estado de vapor bruscamente, criando o denominado efeito de “Cavitação”.

- Quando a pressão externa, na superfície do líquido, se iguala à pressão de vapor, este evapora-se. Se o processo no qual isto ocorre é devido ao aumento da temperatura do líquido, permanecendo a pressão externa constante, o processo é denominado de EVAPORAÇÃO. - Caso isto se dê pela mudança da pressão local, enquanto a temperatura permanece constante, o fenômeno é conhecido por CAVITAÇÃO. Este fenômeno ocorre, normalmente, em escoamentos sujeitos às baixas pressões, próximos à mudança de fase do estado líquido para o gasoso e constitui um grande problema em válvulas e sucção de bombas.

Efeitos da Cavitação: • Corrosão (rotor e carcaça);

• Queda de rendimento; • aumento da potência requerida no eixo; • Trepidação, vibração e desbalanceamento; • Ruído, martelamento (implosão das bolhas).

 Implicações: a) - A máxima altura possível de sucção da bomba é limitada pela pressão de vapor do líquido. As tubulações de sucção nas bombas que não trabalham afogadas, como as usadas na maioria dos projetos de irrigação, trabalham com pressão inferior à pressão atmosférica. Se na entrada da bomba houver pressão inferior à pressão de vapor da água, haverá formação de bolhas de vapor, podendo até interromper a circulação da água ou formar muitas bolhas menores, que, ao atingirem as regiões de pressão positivas, ocasionam implosões, causando ruídos (martelamento) e vibrações no sistema. Tal fenômeno denomina-se CAVITAÇÃO e provoca a “corrosão” das paredes da carcaça da bomba e das palhetas do rotor, bem como reduz a sua eficiência. - Na prática, recomendam-se os seguintes valores máximos para a altura de sucção: 6,5 m ao nível do mar, 5,5 m para a altitude de 1.500 m e 4,5 m para a altitude de 3.000 m, contudo, quanto menor for a altura de sucção, melhor será o desempenho da bomba.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS - UFLA Departamento de Recursos Hídricos e Saneamento -DRS GRS 101 - HIDRÁULICA I

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Prática

2019 - 2º Semestre

EXERCÍCIOS - Sistemas de Unidades

- Propriedades Fundamentais dos Fluidos - Hidrostática ( Lei de Stevin )

Exercício 1 – Transformar: a) 50 L/s

para: m3/h, m3/s

e L/h

Resposta: 180 m3/h; 0,05 m3/s e 180.000 L/h

b) 75 m.c.a para kgf/cm2 e Pa (pascal)

Resposta: 7,5 kgf/cm2; e 735.525 Pa

c) 0,015 m3/s para: m3/h, L/s e L/h

Resposta: 54 m3/h;

15 L/s;

54.000 L/h

Exercício 2 - Se 7 m3 de um óleo tem massa de 6.300 kg, calcular sua massa específica ( ρ ), densidade relativa (δ) e peso específico (ϒ) no Sistema Internacional ( S.I. ). (Considere g = 9,81 m/s2). Resposta: a) ρ = 900 kg/m3 ; b) δ = 0,9 ; c) ϒ = 8.829 N/m3 Exercício 3 – Determine a pressão efetiva ou pressão manométrica, em N/m2 (S.I.) sobre um ponto situado a uma profundidade de 7,4 m em Água. (Dado: ϒH2O = 9.807 N/m3). Resposta: 72.572 N/m2 ou 72.572 Pa ou 72,57 kPa

Exercício 4 – Um manômetro situado no fundo de um reservatório contendo água, registra uma pressão efetiva de 196,2 kPa. Determine a altura (metros) da coluna de água no reservatório. (Dado: ϒH2O = 9.807 N/m3 ). Resposta: h = 20 m

Exercício 5 – A pressão efetiva da água numa torneira fechada (ponto - A) é de 0,36 kgf/cm2. Se a diferença de nível entre (A) e o fundo da caixa é de 2 m, Dado: ϒH2O = 1.000 kgf/m3 .Calcular: a) a altura da água (H) na caixa (metros).

b) a pressão efetiva (kgf/cm2) no ponto (B), situado 3 m abaixo de (A). a ) - Resposta: H = 1,6 m b ) - Resposta: 0,66 kgf/cm2 = 6,6 mca

Exercício 6 - Um barril contém uma camada de óleo de 12 cm, flutuando sobre uma camada de água de 25 cm. A densidade do óleo (δ) é igual a 0,6. Dado: ϒH2O = 1.000 kgf/m3 . a) Qual é a pressão efetiva (kgf/cm2) na interface entre o óleo e a água? Resposta: 0,0072 kgf/cm2 b) Qual é a pressão efetiva (kgf/cm2) no fundo do barril? Resposta: 0,0322 kgf/cm2

Exercício 7 - Um tanque fechado (pressurizado) contém três líquidos não miscíveis, de densidades relativas como anotado na figura abaixo. Desprezando o peso específico do ar, determine a pressão na superfície livre (A) (em kgf/cm2 ), sabendo-se que no fundo (D), a pressão é de 1,0 kgf/cm2. Considere os líquidos incompressíveis e o peso específico da água (ϒH2O ) de 1.000 kgf/ m3. Resposta: 2.500 kgf/m2 ou 0,25 kgf/cm2