Segunda aula de fenômenos de transporte para engenharia civil. Estática dos Fluidos capítulo 2 do livro do professor Franco Brunetti

Transcrição

1 Segunda aula de fenômenos de transorte ara engenharia civil Estática dos Fluidos caítulo 2 do livro do rofessor Franco Brunetti

2 NESTA BIBLIOGRAFIA ESTUDAMOS FLUIDO ESTÁTICO E EM MOVIMENTO. BIBLIOGRAFIA BÁSICA VAMOS INICIAR COM FLUIDO EM REPOUSO OU SEJA, COM A ESTÁTICA DOS FLUIDOS

3 AS AULAS PODEM SER ACOMPANHADAS TANTO NO YOUTUBE COMO NA PÁGINA: Entrando na ágina clicar Na engenharia E deois em fenômenos de transorte na eng. civil

4 NO DESENVOLVIMENTO DESTA SEGUNDA AULA NÃO IREI ME REPORTAR DIRETAMENTE AO LIVRO MENCIONADO MAS IREI REFLETIR SOBRE A PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL.

5 Para iniciar vou ensar em um reservatório e aí ensar em ressão.

6 Pressão 1. Introdução A ressão é definida como a distribuição de uma força sobre uma área. Quando uma força é alicada num objeto, a área sobre a qual a força é alicada sofre ressão. Por exemlo, um tanque de armazenamento esando N ( lbf (ou ound-force) e com um fundo cuja suerfície de área é de 129,032 m² ( ol²) exerce uma ressão sobre o chão equivalente a 0,345 bar (aroximadamente 5 lbf/ol² (si)). 2. Unidade de ressão A unidade SI de ressão é o ascal (Pa), que é a relação entre 1 newton or 1 metro quadrado, ou seja, 1 Pa = 1 N/ 1 m². Por ser muito equena, é comum se usar o kpa e o MPa ou o bar. A ressão é a variável de rocesso cuja unidade usada á a mais diversa ossível. Embora não recomendado são usados: si, kgf/cm², mm H 2 O, mm Hg, bar, tor. Mesmo que seja difícil, no rincíio, or questão legal, deve-se usar o ascal.

7 3. Regras de ressão A ressão age de maneiras esecíficas em líquidos em reouso de acordo com as quatro regras de ressão a seguir: 1 ª. A ressão age uniformemente em todas as direções num equeno volume de líquido. 2 ª. A ressão age erendicularmente às fronteiras de um reciiente contendo um líquido em reouso. 3 ª. As mudanças de ressão roduzidas num onto de um sistema fechado são transmitidas ara todo o sistema. 4 ª. A ressão num líquido atua uniformemente sobre uma suerfície horizontal. 4. Tios de ressão Pressão absoluta: é a ressão medida em relação ao vácuo absoluto. O vácuo absoluto semre tem a ressão igual a zero. A ressão absoluta indeende da ressão atmosférica do local onde ela é medida.

8 Pressão atmosférica é a ressão absoluta na suerfície terrestre devida ao eso da atmosfera. A ressão atmosférica deende rincialmente da altitude do local: quanto mais alto menor é a ressão atmosférica. A ressão atmosférica deende ouco de outros arâmetros, tais como oluição, umidade da atmosfera, maré do mar. A ressão atmosférica é também chamada de ressão barométrica. Pressão manométrica é a ressão medida com relação à ressão da atmosfera. A diferença entre ressão manométrica e ressão absoluta é a ressão atmosférica. A ressão manométrica também é chamada de ressão efetiva que é aquela que adota como zero a ressão atmosférica local (ressão barométrica). Por ser mais barato, ois o sensor é mais simles, geralmente se mede a ressão manométrica Mede a ressão manométrica, que é a ressão interna menos a externa.

9 Pressão estática é a ressão medida na arede interna da tubulação or onde assa o fluido. Ela é chamada de estática orque a velocidade do fluido viscoso que flui através da arede rugosa da tubulação é zero, isto elo rincíio de aderência. Pressão de vaor de um líquido é a ressão acima da qual o líquido não se vaoriza. Por exemlo, a ressão de vaor do roano é de aroximadamente 92,4 si a 15 C. Isso significa que, a uma temeratura de 15 C, a ressão de um oleoduto contendo roano deve ser suerior a 92,4 si ara que o roano seja mantido num estado de líquido uro. Se a ressão cair abaixo desse nível, ocorrerá no oleoduto a formação de gás de roano, a qual oderá causar sérios rejuízos ao funcionamento do oleoduto. A formação de gás num oleoduto chama-se quebra de coluna; a cavitação é a ráida formação e colaso de cavidades de vaor em regiões de baixa ressão. A cavitação ode acarretar sérios danos à bomba. É necessário que os oeradores de oleodutos mantenham a ressão na linha acima da ressão de vaor do líquido de modo a evitar a quebra de coluna e a cavitação.

10 VAMOS PENSAR AGORA NA PRESSÃO EM UM PONTO FLUIDO A QUAL DARÁ INÍCIO AOS ESTUDOS DE PRESSÃO EM UMA COLUNA FLUIDA. PARA ISTO DEVEMOS PENSAR NOS CONCEITOS DE DENSIDADE OU MASSA ESPECÍFICA E PESO ESPECÍFICO.

11 A densidade absoluta ou massa esecífica é definida como a massa dividida elo volume. Sua unidade é exressa em kg/m³. A massa esecífica relativa de um líquido é a divisão da massa esecífica deste líquido ela massa esecífica adrão d água, que é 1000 kg/m³. A massa esecífica relativa é um numero adimensional. Se a massa esecífica relativa de um dado óleo é 0,750, sua massa esecífica vale 750 kg/m³. Exemlo de uma determinação de massa esecífica:

12 O eso esecífico é definido como o eso dividido elo volume. Sua unidade é exressa em N/m³. Portanto a relação entre o eso esecífico e a massa esecífica é reresentada a seguir: g g O eso esecífico relativo de um líquido é a divisão do eso esecífico deste líquido elo eso esecífico adrão d água, que é 9800 N/m³. O eso esecífico relativo é um numero adimensional. Se o eso esecífico relativo de um dado óleo é 0,750, seu eso esecífico vale 7350 N/m³. Imortante: o eso esecífico relativo é numericamente igual a massa esecífica relativa, ou seja: r 1 r r r

13 Pressão em um onto fluido () Vamos considerar um fluido em reouso, continuo e incomressível ( = constante), o qual se encontra no reciiente reresentado no róximo slide. No meio fluido consideramos um onto A que está a uma rofundidade h. Trabalhando na escala efetiva ou relativa de ressão ( atm = 0), odemos determinar a exressão que ermite calcular a ressão em um onto fluido.

14 Sobre o onto fluido existe um volume elementar (dv) do fluido, o qual tem um eso também elementar dg. da dv h da AMPLIANDO dg dv dg da h da da

15 A ressão efetiva do onto fluido (), ermite introduzir o conceito de carga de ressão (h), A unidade de carga de ressão será semre uma unidade de comrimento + o nome do fluido considerado. Exemlos: mca e mmhg hh

16 Aós o conceito de ressão em um onto fluido e carga de ressão, odemos evocar o TEOREMA DE STEVIN QUE SERÁ UTILIZADO NA SOLUÇÕES DOS EXERCÍCIOS PROPOSTOS NESTA AULA.

17 teorema de Stevin B B A A h ressãono ontob ressãono onto A h diferençade cotas entre o ontob e A esoesecífico do fluido Pressão 26/08/ v9 NÃO ESQUEÇA DE ESCREVER O ENUNCIADO!

18 CONCLUSÕES h E A D A C A E D C B A 1) ara determinar a diferença de ressão entre dois ontos, não imorta a distância entre eles, mas sim, a diferença de cotas entre eles; 2) a ressão de dois ontos em um mesmo nível, isto é, na mesma cota, é a mesma; 3) a ressão indeende do formato, do volume ou da área da base do reservatório.

19 Vamos alicar o teorema de Stevin na ARTE DE RESOLVER PROBLEMAS.

20 CONSIDERANDO QUE NA SEÇÃO DE PRESSÃO P1 SERÁ INSTALADO UM EQUIPAMENTO QUE EXIGE UMA PRESSÃO MÍNIMA DE 6,2 mca, PERGUNTA-SE SE É POSSÍVEL INSTALÁ-LO PARA A VAZÃO MÁXIMA DA BANCADA?

21 Determinação da vazão do escoamento na bancada. Q volume temo h A t tan que Vamos trabalhar!

22 BANCADA 1 P 1

23 Enunciado e esboço da bancada Com os dados esecificados determine a ressão na seção (0) na escala efetiva e esecifique a vazão do escoamento do fluido. m cte 2 h m 2 O H 2 3 cte 3 2 y 1 cte D A Hg h B * h C Hg

24 Dados : h h h A * m m h 195mm 105mm 17si t 21,72s tan que agua Hg 148mm 100mm 0,54612m N m N m 3 2 AGORA É SÓ RESOLVER!

25 Outro exercício Conhecendo-se o eso esecífico d água igual a 9872,4 N/m³, o seu desnível h 2 = 25 cm e o desnível h = 1,84 cm, determine a ressão do ar na escala efetiva e o eso esecífico

26

27 Vamos a solução do exercício 2.1 do livro rofessor Brunetti A A H 1 1 A 2 h P 1 Hg G A 3 RESPIRO A 4 A 5