Mecânica dos Fluidos: Classificação dos Fluidos, Pressão e Exercícios Resolvidos

Resumo

O documento apresenta a classificação dos fluidos em newtonianos, não newtonianos e ideais, com a lei de Newton da viscosidade. Descreve os tipos de fluidos não newtonianos (pseudoplástico, de Bingham e dilatante) e as medidas de pressão absoluta, manométrica e barométrica. Inclui um exercício resolvido de pressão numa caixa d'água e uma lista de questões propostas.

Pontos-chave

Fluidos newtonianos têm tensão cisalhante diretamente proporcional à taxa de deformação, sendo a constante a viscosidade dinâmica (µ).
Fluido ideal é aquele sem viscosidade (µ=0), com escoamento sem atrito.
Fluido pseudoplástico torna-se mais fino sob tensão; fluido dilatante torna-se mais espesso.
Fluido de Bingham não se deforma até que seja atingida uma tensão crítica de cisalhamento (τ₀).
Pressão absoluta = pressão manométrica + pressão barométrica.
Pressão em caixa d'água vazia: P = F/A = 1000 / 0,6 = 1666,67 Pa.

Teste-se

Classificação dos Fluidos

Fluidos Newtonianos: Apresentam tensão cisalhante diretamente proporcional à taxa de deformação angular, sendo a constante de proporcionalidade a viscosidade dinâmica (µ).
Fluidos Não Newtonianos: A relação entre a tensão cisalhante e a taxa de deformação angular depende do valor da tensão e do tempo de aplicação.
Fluido Ideal: Fluido sem viscosidade (µ=0); o escoamento é sem atrito e não existem tensões cisalhantes.

Lei de Newton da Viscosidade

A tensão cisalhante que atua numa interface tangente à direção do escoamento é proporcional ao gradiente de velocidade na direção normal à superfície.

Tipos de Fluidos Não Newtonianos

Fluido Pseudoplástico: A viscosidade aparente decresce conforme a taxa de deformação cresce (torna-se mais fino sob tensão). Exemplos: soluções de polímeros, suspensões coloidais e polpa de papel.
Fluido de Bingham (Plástico Ideal): Não se deforma até que seja atingida uma tensão crítica de cisalhamento (τ₀). Exemplos: suspensões de argila e pasta de dente.
Fluido Dilatante: A viscosidade aparente cresce conforme a taxa de deformação cresce (torna-se mais espesso sob tensão). Exemplos: suspensões de amido e areia.

Medidas de Pressão

Pressão Absoluta = Pressão Manométrica + Pressão Barométrica
Pressão Absoluta = Pressão Barométrica – Pressão subatmosférica (“vácuo”)

Exercícios Resolvidos

1) Cálculo de Pressão em Caixa d'Água

Uma caixa d'água de base 1,2m x 0,5m (área = 0,6 m²) e altura de 1m pesa 1000N.

a) Vazia: P = F/A = 1000 / 0,6 = 1666,67 Pa
b) Cheia: Peso da água = 0,6m³ * 10000N/m³ = 6000N. P = (1000 + 6000) / 0,6 = 11666,67 Pa

Questões Propostas

Uma placa circular com diâmetro de 0,5m possui peso de 200N. Determine a pressão exercida sobre o solo.
Reservatórios cúbicos enchidos em 100s e 500s. Determinar a velocidade média na seção (A) com diâmetro de 1m.
Tanque de gasolina com infiltração de água (densidade gasolina = 0,68). Determine a pressão absoluta no fundo.
Mistura de água (20L/s) e óleo (10L/s) em tubo de 30cm². Determine a massa específica da mistura e a velocidade.
Areia movediça: É um fluido não newtoniano, pois sua viscosidade varia com a tensão aplicada. A diferença de massa específica em relação ao corpo humano limita o afundamento até a cintura.
Hidrômetro: Massa de 2,2g, haste de 3mm de diâmetro. Calcule a diferença de altura de flutuação em óleo (ρ=0,780) e álcool (ρ=0,821).

Perguntas frequentes

O que é um fluido newtoniano?

É aquele em que a tensão cisalhante é diretamente proporcional à taxa de deformação angular, sendo a constante de proporcionalidade a viscosidade dinâmica (µ).

Qual a diferença entre fluido pseudoplástico e dilatante?

No pseudoplástico a viscosidade aparente diminui quando a taxa de deformação aumenta, tornando-se mais fino sob tensão. No dilatante, a viscosidade aparente aumenta com a taxa de deformação, tornando-se mais espesso.

Como se calcula a pressão absoluta?

A pressão absoluta é a soma da pressão manométrica com a pressão barométrica. Também pode ser obtida subtraindo a pressão subatmosférica (vácuo) da pressão barométrica.