Pressão e Estática dos Fluidos

Pressão e Estática dos Fluidos

1. Um fluido é considerado estático quando as partículas não se deformam, ou seja, estão em repouso ou movimento de um corpo rígido

2. Um fluido não suporta tensões cisalhantes

   • Se essas forças cisalhantes não atuam, logo só atuam tensões normais ( pressão)
     • Pressão
       • Pressão é definida como a força normal exercida por um fluido por unidade de área
       • A pressão exercida em um ponto é igual em todas as direções
       • A pressão gerada no interior de um fluido estático é um fenômeno importante em diversas situações
         • Utilizando os princípios da hidrostática, podemos:
           • Calcular forças sobre objetos submersos
           • Desenvolver instrumentos para medir pressões e deduzir propriedades da atmosfera e dos oceanos
           • Determinar as forças desenvolvidas por sistemas hidráulicos em aplicações como prensas industriais ou freio de automóveis
       • Pressão absoluta
         • É a pressão real em determinada posição e é medida com relação ao vácuo absoluto (pressão absoluta zero)
           • Pabs= Patm + Pman
             • Exemplo: a pressão absoluta de uma garrafa de coca-cola é igual a soma da pressão atmosférica (externa à embalagem) e a pressão manométrica (interna, pela ação das moléculas do gás da bebida)
       • Pressão manométrica
         • É a diferença entre a pressão absoluta e a pressão atmosférica local
           • Pman= Pabs - Patm
             • Exemplo: configuração de um sensor em uma placa de orifício
       • Pressão de vácuo
         • É a pressão que se encontra abaixo da pressão atmosférica e é medida pelos medidores de vácuo.
           • Pvac= Patm - Pabs
             • Exemplo: medição da evacuação de bombas de calor, sistemas de ar-condicionado e refrigeração
       • Medição de pressão por manômetros
         • Um manômetro é utilizado para medir a pressão exercida por um fluido em determinada superfície
           • Esses fluidos podem estar no estado líquido ou gasoso
             • Os manômetros são aplicados, por exemplo, na medição da pressão arterial, na aferição de pressão de compressores e de equipamentos de vácuo
         • Principais tipos de manômetro na Mecânica dos Fluidos
           • Manômetros padrão
             • É montado em uma bomba comparadora hidráulica ou pneumática
               • Serve como padrão para o manômetro submetido à calibração
                 • São considerados de alta precisão
           • Manômetros tipo coluna líquida em " U "
             • Utilizado para calibrar medidores de pressão pequena
               • O uso da coluna líquida para a medição de pressão se baseia no princípio que uma pressão aplicada suporta uma coluna líquida contra a atração gavitacional
                 • Quanto maior a pressão, maior a coluna líquida suportada
           • Manômetro de Bourdon
             • Consiste em um tubo de metal oco dobrado como um gancho, cuja extremidade é fechada e conectada a uma agulha indicadora
               • Quando aberto para a atmosfera, o tubo não se deforma. Quando o fluido dentro do tubo está pressurizado, o tubo se estica e movimenta a agulha
                 • A precisão dos dispositivos é função do diâmetro do tubo de Bourdon, da qualidade do projeto e dos procedimentos de calibração
           • Manômetro de diafragma
             • Utiliza o movimento do diafragma ( disco circular utilizado para medir pressões geralmente de pequenas amplitudes) para fazer o movimento que é proporcional a pressão aplicada
               • Ao aplicar-se uma pressão no diafragma causará um deslocamento do mesmo até um ponto onde a força da mola se equilibrirá com a força elástica do diafragma
                 • O deslocamento resultante é transmitido a um ponteiro que mostra a medição efetuada
           • Manômetros tipo "fole"
             • Fole é um dispositivo que possui rugas no círculo exterior que, ao se aplicar pressões no sentido do eixo se expande ou se contrai
               • O fole pode ser usado para medir pressões absolutas e relativas e em sistemas de balanço de movimentos ou de forças eixo
                 • Como a resistência à pressão é limitada, é usada para baixa pressão

3. Forças hidrostáticas sobre superfícies planas submersas

   • Em uma superfície plana, as forças hidrostáticas formam um sistema de forças paralelas
     • As forças que atuam em uma superfície plana submersa são originadas pelas pressões dos pontos do fluido em contato com a superfície plana submersa
       • As pressões podem apresentar dois tipos de distribuição ao longo da superfície
         • Para líquidos
           • A superfície encontra-se em um plano horizontal
         • Para gases
           • A superfície encontra-se em uma posição qualquer, desde que o seu comprimento na vertical seja inferior a 100 m
     • O ponto de aplicação da força resultante em superfícies planas é chamado de centro de pressão
       • O centro de pressão só coincide com o centro de gravidade quando se tem uma distribuição uniforme das pressões na superfície considerada
         • A medida que a superfície plana se afasta da superfície livre, menor será a distância entre o centro de pressão (cp) e o centro de gravidade (cg)
           • Para situações práticas, além da força resultante do fluido, outras forças atuam na superfície em repouso
             • Estratégias para a modelagem dessas situações
               • Adotar um nível zero e verificar se a pressão atmosférica atua em ambos os lados
               • Identificar todas as forças que atuam na superfície
               • Calcular a força resultante do fluido
               • Calcular o centro de pressão
               • Aplicar as condições de equilíbrio, uma vez que a superfície se encontra em repouso

4. Forças hidrostáticas sobre superfícies curvas submersas

   • A força de pressão resultante sobre uma superfície curva é calculada mais facilmente separando-a em suas componentes horizontal e vertical
     • Componente horizontal da força
       • É igual à força sobre a área plana formada pela projeção da superfície curva sobre um plano vertical normal ao componente
     • Componente vertical da força
       • É igual a intensidade e direção ao peso da coluna total de fluido, tanto do líquido como da atmosfera, acima da superfície curva
   • Estratégias para a modelagem de situações práticas
     • Determinar as projeções da superfície curva
     • Identificar as forças que atuam na comporta
     • Aplicar a terceira lei de Newton no elemento de fluido
     • Aplicar as condições de equilíbrio no elemento e encontrar a força vertical (Fv) e a força horizontal (Fh)
     • Encontrar a intensidade da força resultante
     • Encontrar a direção de aplicação da força resultante (Fr)
     • Resolver a situação