Introdução
No capítulo anterior, demonstrou-se que as situações matemáticas exatas para as forças exercidas por fluidos em repouso podem ser facilmente obtidas. Isso ocorre porque, na hidrostática, estão envolvidas apenas forças de pressão simples. Quando se considera um fluido em movimento, o problema da análise torna-se imediatamente muito mais complexo. Não apenas a magnitude e a direção da velocidade das partículas devem ser levadas em conta, mas também a influência complexa da viscosidade, que causa tensões de cisalhamento ou atrito entre as partículas do fluido em movimento e nas fronteiras que o contêm. O movimento relativo possível entre os diferentes elementos do corpo fluido faz com que a pressão e a tensão de cisalhamento variem consideravelmente de um ponto a outro, de acordo com as condições de escoamento. Devido às complexidades associadas ao fenômeno do escoamento, uma análise matemática precisa só é possível em alguns casos, e, do ponto de vista da engenharia, em certa medida, impraticáveis. Portanto, é necessário resolver os problemas de escoamento por meio de experimentação ou fazendo certas simplificações suficientes para obter uma solução teórica. As duas abordagens não são mutuamente exclusivas, visto que as leis fundamentais da mecânica são sempre válidas e permitem a adoção de métodos parcialmente teóricos em diversos casos importantes. É importante também determinar experimentalmente a extensão do desvio em relação às condições reais decorrente de uma análise simplificada.
A simplificação mais comum é a de que o fluido é ideal ou perfeito, eliminando assim os efeitos viscosos que o complicam. Essa é a base da hidrodinâmica clássica, um ramo da matemática aplicada que recebeu atenção de eminentes estudiosos como Stokes, Rayleigh, Rankine, Kelvin e Lamb. Existem sérias limitações inerentes à teoria clássica, mas, como a água tem uma viscosidade relativamente baixa, ela se comporta como um fluido real em muitas situações. Por essa razão, a hidrodinâmica clássica pode ser considerada uma base valiosa para o estudo das características do movimento dos fluidos. Este capítulo trata da dinâmica fundamental do movimento dos fluidos e serve como uma introdução básica para os capítulos subsequentes, que abordam os problemas mais específicos encontrados na hidráulica da engenharia civil. As três equações básicas importantes do movimento dos fluidos, a saber, as equações da continuidade, de Bernoulli e da quantidade de movimento, são derivadas e seu significado explicado. Posteriormente, as limitações da teoria clássica são consideradas e o comportamento de um fluido real é descrito. Assume-se que o fluido é incompressível ao longo de todo o texto.
Tipos de fluxo
Os diversos tipos de movimento de fluidos podem ser classificados da seguinte forma:
1. Turbulento e laminar
2. Rotacional e irrotacional
3. Estável e instável
4. Uniforme e não uniforme.
As bombas de fluxo axial da série MVS e as bombas de fluxo misto da série AVS (bombas submersíveis verticais de fluxo axial e fluxo misto para esgoto) são produtos modernos, projetados com sucesso através da adoção de tecnologia estrangeira de ponta. A capacidade das novas bombas é 20% maior que a das antigas, e sua eficiência é de 3 a 5% superior.
Fluxo turbulento e laminar.
Esses termos descrevem a natureza física do fluxo.
Em um fluxo turbulento, a progressão das partículas do fluido é irregular e há uma troca de posição aparentemente aleatória. As partículas individuais estão sujeitas a velocidades transversais flutuantes, de modo que o movimento é turbulento e sinuoso, em vez de retilíneo. Se um corante for injetado em um determinado ponto, ele se difundirá rapidamente por toda a corrente de fluxo. No caso de um fluxo turbulento em um tubo, por exemplo, um registro instantâneo da velocidade em uma seção revelaria uma distribuição aproximada como a mostrada na Figura 1(a). A velocidade constante, como seria registrada por instrumentos de medição normais, é indicada em um contorno pontilhado, e fica evidente que o fluxo turbulento é caracterizado por uma velocidade flutuante instável sobreposta a uma média temporal constante.
Figura 1(a) Fluxo turbulento
Figura 1(b) Fluxo laminar
Em um fluxo laminar, todas as partículas do fluido se movem ao longo de trajetórias paralelas e não há componente transversal da velocidade. A progressão ordenada é tal que cada partícula segue exatamente a trajetória da partícula que a precede, sem qualquer desvio. Assim, um filamento fino de corante permanecerá como tal, sem difusão. Há um gradiente de velocidade transversal muito maior em um fluxo laminar (Fig. 1b) do que em um fluxo turbulento. Por exemplo, em um tubo, a razão entre a velocidade média V e a velocidade máxima Vmax é de 0,5 em fluxo turbulento e de 0,05 em fluxo laminar.
O escoamento laminar está associado a baixas velocidades e fluidos viscosos e lentos. Em sistemas hidráulicos de tubulações e canais abertos, as velocidades são quase sempre suficientemente altas para garantir o escoamento turbulento, embora uma fina camada laminar persista na proximidade de uma superfície sólida. As leis do escoamento laminar são bem compreendidas e, para condições de contorno simples, a distribuição de velocidade pode ser analisada matematicamente. Devido à sua natureza pulsante e irregular, o escoamento turbulento tem resistido a um tratamento matemático rigoroso e, para a solução de problemas práticos, é necessário recorrer em grande parte a relações empíricas ou semiempíricas.
Bomba de incêndio de turbina vertical
Modelo nº: XBC-VTP
As bombas de combate a incêndio verticais de eixo longo da série XBC-VTP são bombas difusoras de estágio único e multiestágio, fabricadas de acordo com a mais recente norma nacional GB6245-2006. O projeto também foi aprimorado com base nas normas da Associação de Proteção contra Incêndios dos Estados Unidos (UFPA). São utilizadas principalmente para o abastecimento de água de combate a incêndio em indústrias petroquímicas, de gás natural, usinas de energia, têxteis de algodão, portuárias, aeronáutica, armazéns, edifícios altos e outras. Também podem ser aplicadas em navios, tanques marítimos, navios-tanque de combate a incêndio e outras situações de abastecimento.
Fluxo rotacional e irrotacional.
Diz-se que o fluxo é rotacional se cada partícula do fluido tiver uma velocidade angular em torno do seu próprio centro de massa.
A Figura 2a mostra uma distribuição de velocidade típica associada ao escoamento turbulento em torno de uma fronteira reta. Devido à distribuição de velocidade não uniforme, uma partícula com seus dois eixos originalmente perpendiculares sofre deformação com um pequeno grau de rotação. Na Figura 2a, o escoamento em um círculo
A trajetória é representada, com a velocidade diretamente proporcional ao raio. Os dois eixos da partícula giram na mesma direção, de modo que o fluxo é novamente rotacional.
Figura 2(a) Fluxo rotacional
Para que o fluxo seja irrotacional, a distribuição de velocidade adjacente à fronteira reta deve ser uniforme (Fig. 2b). No caso de fluxo em uma trajetória circular, pode-se demonstrar que o fluxo irrotacional só ocorrerá se a velocidade for inversamente proporcional ao raio. À primeira vista, a Figura 3 pode parecer errônea, mas uma análise mais detalhada revela que os dois eixos giram em direções opostas, de modo que há um efeito compensatório que produz uma orientação média dos eixos que permanece inalterada em relação ao estado inicial.
Figura 2(b) Fluxo irrotacional
Como todos os fluidos possuem viscosidade, a lei de um fluido real nunca é verdadeiramente irrotacional, e o fluxo laminar é, naturalmente, altamente rotacional. Assim, o fluxo irrotacional é uma condição hipotética que seria de interesse apenas acadêmico, não fosse o fato de que, em muitos casos de fluxo turbulento, as características rotacionais são tão insignificantes que podem ser negligenciadas. Isso é conveniente porque é possível analisar o fluxo irrotacional por meio dos conceitos matemáticos da hidrodinâmica clássica mencionados anteriormente.
Bomba centrífuga para destino de água do mar
Modelo nº: ASN ASNV
As bombas dos modelos ASN e ASNV são bombas centrífugas de estágio único com dupla sucção e carcaça de voluta dividida, utilizadas para o transporte de líquidos em sistemas de água, circulação de ar condicionado, construção civil, irrigação, estações de bombeamento de drenagem, usinas elétricas, sistemas de abastecimento de água industrial, sistemas de combate a incêndio, embarcações, edifícios, entre outros.
Fluxo constante e instável.
Diz-se que o fluxo é permanente quando as condições em qualquer ponto são constantes em relação ao tempo. Uma interpretação estrita dessa definição levaria à conclusão de que o fluxo turbulento nunca é verdadeiramente permanente. No entanto, para o presente propósito, é conveniente considerar o movimento geral do fluido como o critério e as flutuações erráticas associadas à turbulência como apenas uma influência secundária. Um exemplo óbvio de fluxo permanente é uma vazão constante em um conduto ou canal aberto.
Como consequência, conclui-se que o fluxo é instável quando as condições variam com o tempo. Um exemplo de fluxo instável é a vazão variável em um conduto ou canal aberto; este é geralmente um fenômeno transitório, sucedendo ou sendo seguido por uma vazão constante. Outros exemplos comuns são:
Exemplos de natureza mais periódica são o movimento das ondas e o movimento cíclico de grandes massas de água no fluxo das marés.
A maioria dos problemas práticos em engenharia hidráulica diz respeito ao escoamento permanente. Isso é uma vantagem, visto que a variável tempo no escoamento não permanente complica consideravelmente a análise. Portanto, neste capítulo, a análise do escoamento não permanente será restrita a alguns casos relativamente simples. É importante ter em mente, contudo, que diversos casos comuns de escoamento não permanente podem ser reduzidos ao regime permanente em virtude do princípio do movimento relativo.
Assim, um problema envolvendo uma embarcação movendo-se em águas paradas pode ser reformulado de modo que a embarcação esteja estacionária e a água esteja em movimento; o único critério para a similaridade do comportamento do fluido é que a velocidade relativa seja a mesma. Novamente, o movimento das ondas em águas profundas pode ser reduzido a...
O estado estacionário é obtido assumindo que um observador se desloca com as ondas à mesma velocidade.
Bomba de drenagem vertical centrífuga multiestágios com motor a diesel e eixo em linha. Este tipo de bomba de drenagem vertical é utilizado principalmente para bombear esgoto ou águas residuais não corrosivas, com temperatura inferior a 60 °C e teor de sólidos em suspensão (excluindo fibras e areia) inferior a 150 mg/L. A bomba de drenagem vertical tipo VTP é uma bomba de água vertical do tipo VTP, com lubrificação a óleo e água a partir de um colar. Pode bombear esgoto ou águas residuais com temperatura inferior a 60 °C e contendo certos grãos sólidos (como sucata de ferro, areia fina, carvão, etc.).
Fluxo uniforme e não uniforme.
Diz-se que o fluxo é uniforme quando não há variação na magnitude e na direção do vetor velocidade de um ponto a outro ao longo do percurso do fluxo. Para que essa definição seja atendida, tanto a área do fluxo quanto a velocidade devem ser as mesmas em todas as seções transversais. O fluxo não uniforme ocorre quando o vetor velocidade varia com a localização, sendo um exemplo típico o fluxo entre limites convergentes ou divergentes.
Ambas as condições alternativas de escoamento são comuns na hidráulica de canais abertos, embora, estritamente falando, como o escoamento uniforme é sempre alcançado assintoticamente, trata-se de um estado ideal que é apenas aproximado e nunca efetivamente atingido. Deve-se notar que as condições se referem ao espaço, e não ao tempo, e, portanto, em casos de escoamento em espaços confinados (por exemplo, tubulações pressurizadas), são bastante independentes da natureza permanente ou não permanente do escoamento.
Data da publicação: 29/03/2024