Hidrostática e Hidrodinâmica
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Transcript of Hidrostática e Hidrodinâmica
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HIDROSTÁTICA
CONCEITOS BÁSICOS
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Fluidos DEFINIÇÃO: Fluido é qualquer substância não sólida
capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que o
contém. Os fluidos podem ser divididos em líquidos e
gases.
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Massa Específica, Peso específico
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Densidade
Densidade de um líquido é a comparação que se faz entre o peso específico do líquido e o peso de igual volume de água a 15° C , ao nível do mar.
Densidade do mercúrio é 13,6.
É adimensional e também conhecida como peso específico relativo.
Simbolizada pela letra d.
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HIDROSTÁTICA
É a parte da Hidráulica que estuda os fluidos em repouso, bem como as forças
que podem ser aplicadas em corpos neles submersos.
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Conceito de Pressão
Pressão é o quociente da intensidade da força exercida uniforme e perpendicularmente sobre uma superfície, pela área dessa mesma superfície.
Pressão = Força /Área
1 atm = 760 mmHg = 10,33 m H2O =1,033 Kg/cm2 = psi
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7
Lei de Pascal
A pressão aplicada sobre um fluido contido num
recipiente fechado age igualmente em todas as
direções do fluido e perpendicularmente às paredes do
recipiente.
TEOREMA DE STEVIN: A diferença de pressão entre
dois pontos de um fluido em equilíbrio é igual ao
produto do peso específico do fluido pela diferença de
cotas entre dois pontos, ou seja:
PA : pressão no ponto A PB : pressão no ponto B
: peso especifico do fluido h : diferença de cotas
PA – PB = .h
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Pressão e profundidade em um fluido estático
Num fluido qualquer, a pressão não é a mesma em todos os pontos.
Patm
h1
h2
A pressão em qualquer ponto de um fluido estático depende apenas da pressão atmosférica no topo do fluido e da profundidade do ponto no fluido.
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Pressão X Vasos Comunicantes
PA = PC
PB = PD
PA – PB = PC – PD = h
A pressão em um mesmo nível, na mesma altura, é a mesma.
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EXPERIÊNCIA DE TORRICELLI
Torricelli concluiu que a pressão atmosférica, (patm) atuando na superfície livre do líquido no recipiente, conseguia equilibrar a coluna de mercúrio.
O espaço vazio sobre o mercúrio, no tubo, constitui a chamada câmara barométrica, onde a pressão é praticamente nula (vácuo).
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VALOR DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA
Depois de Torricelli, o cientista Pascal,
repetiu a experiência no alto de uma montanha
e verificou que o valor da pressão atmosférica
era menor do que ao nível do mar.
Pascal concluiu que quanto maior for a altitude
do local, mais rarefeito será o ar e menor será
a espessura da camada de ar que estará
atuando na superfície de mercúrio.
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VARIAÇÃO DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA COM A ALTITUDE
ALTITUDE (m) PRESSÃO ATMOSFÉRICA
(cm Hg)
0 76 (10,33 mH2O)
500 72
1.000 67
2.000 60
3.000 53 (7,21 mH2O)
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MODOS DE EXPRESSAR AS MEDIDAS DE PRESSÃO
h
2
1
Patm
hpatmp .2
(PRESSÃO ABSOLUTA =p2)
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PRESSÕES RELATIVAS
P. Atmosférica
(Vácuo absoluto) -10,33 mH2O
0
p2
h
hp 2
PRESSÕES
NEGATIVAS
PRESSÕES
POSITIVAS
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Pressão absoluta x relativa
Pabs = Prel + Patm Pressão Atmosférica é a pressão exercida pela atmosfera
terrestre, medida em um barômetro. Ao nível do mar esta
pressão é aproximadamente 1 atm.
Pressão Absoluta é medida em relação ao vácuo
absoluto. É equivalente à soma da pressão medida com
um manômetro (pressão relativa), mais a pressão
atmosférica.
Pressão Relativa é medida em relação à pressão
atmosférica.
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MANOMETRIA
Manometria é o estudo
dos manômetros.
Manômetros são
dispositivos utilizados na
medição de pressão
efetiva em função das
alturas das colunas líquidas.
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EQUIPAMENTOS PARA MEDIDA DAS PRESSÕES
MANÔMETROS MECÂNICOS
MANÔMETROS DIGITAIS
TUBO EM U
PA = 2.h - 1.h
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ELEVADOR HIDRÁULICO - EQUAÇÃO
Equação empregada no
elevador hidráulico:
F1 é a força aplicada;
F2 é a força obtida;
A1 é a secção do êmbolo
menor;
A2 é a secção do êmbolo
maior.
12
.12AA
FF
F2 F1A2 A1
Esquema de um elevador hidráulico
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HIDRODINÂMICA
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Perfurando um recipiente a diferentes alturas
Pode-se demonstrar, de uma forma muito simples, a variação de pressão com a altura num sistema em movimento.
Basta, para isso, fazermos perfurações num recipiente cheio de líquido em posições diferentes.
O jorro sairá cada vez mais forte à medida que aumentarmos a altura da coluna de líquido (isto é, nos pontos mais baixos).
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velocidade
Q Vazão
A Área da seção
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CONDUTOS SOB PRESSÃO
Denominam-se condutos sob pressão ou condutos forçados, as canalizações onde o líquido escoa sob uma pressão diferente da atmosférica.
As seções desses condutos são sempre fechadas e o líquido escoa enchendo-as totalmente; são, em geral, de seção circular.
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CONDUTOS SOB PRESSÃO
Conduto Livre
P = Patm
Conduto forçado
P > Patm
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CONDUTOS SOB PRESSÃO
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CONDUTOS LIVRES
Canal artificial = Conduto livre
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Condições de operação
Condutos livres funcionam sempre por gravidade. Sua construção exige um nivelamento cuidadoso do terreno, pois devem ter declividades pequenas e constantes.
Condutos forçados podem funcionar por gravidade, aproveitando a declividade do terreno, e por recalque (bombeamento), vencendo desníveis entre o ponto de captação e o ponto de utilização.
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Viscosidade Cinemática
VISCOSIDADE CINEMÁTICA: A viscosidade cinemática
leva em consideração a resistência ao escoamento. Quanto maior a temperatura menor é a viscosidade.
Habitualmente trabalhamos com = 1,01.10-6m2/s, que
corresponde a viscosidade da água a 20oC,
aproximadamente.
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Regimes de escoamento
Experiência de Reynolds
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Regimes de escoamento
Fluxo em regime laminar
Fluxo em regime
turbulento
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Regimes de escoamento
O estabelecimento do regime de escoamento depende do valor de uma expressão sem dimensões, denominado número de Reynolds (Re).
Na qual:
= velocidade do fluido (m/s);
D = diâmetro da canalização (m);
= viscosidade cinemática (m2/s).
D.Re
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Regimes de escoamento
Re < 2.000 regime laminar
As partículas fluidas apresentam trajetórias bem definidas e não se cruzam;
Re > 4.000 regime turbulento
Movimento desordenado das partículas;
Entre esses dois valores encontra-se a denominada zona crítica.