Introdução à Mecânica dos Fluidos, 8ª edição

Visualizações: 1478
Classificação: (0)

Desde o seu lançamento, Introdução à Mecânica dos Fluidos tem sido um dos livros mais adotados na área. Esta oitava edição continua a fornecer uma metodologia eficaz para resolver problemas e que ajuda a desenvolver um plano sistemático para determinar a solução correta, incluindo os resultados relacionados ao comportamento físico esperado.
Também introduz novas aplicações, com o intuito de motivar o interesse dos leitores no assunto, tais como estudos de caso sobre energia e meio ambiente, em especial os relacionados ao aumento da quantidade de energia no mundo a partir de fontes renováveis. Há, ainda, novos vídeos demonstrando os princípios da mecânica dos fluidos e uma nova discussão sobre a dinâmica de fluidos computacional, que inclui planilhas para análise numérica de fluxos em uni e bidimensional, no Capítulo 5.
Esta edição também conta com materiais suplementares online – cujo acesso pode ser feito mediante cadastro no site da LTC Editora –, entre os quais figuram uma nova série de vídeos que ilustram os fenômenos estudados nos capítulos.
Sempre acompanhando as evoluções dessa disciplina, Introdução à Mecânica dos Fluidos merece o reconhecido destaque que alcançou entre docentes, estudantes e profissionais.

 

21 capítulos

Formato Comprar item avulso Adicionar à Pasta

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO

PDF Criptografado

1

Introdução

1

Introdução

1.1 Nota aos Estudantes

1.2 Escopo da Mecânica dos Fluidos

1.3 Definição de um Fluido

1.4 Equações Básicas

1.5 Métodos de Análise

1.6 Dimensões e Unidades

1.7 Análise de Erro Experimental

1.8 Resumo

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia Eólica

No início de cada capítulo apresentamos um estudo de caso mostrando a importância da mecânica dos fluidos para ajudar a resolver a crise de energia e aliviar o impacto causado ao meio ambiente por nossas necessidades de energia: os casos fornecem compreensão sobre a contínua importância da área da mecânica dos fluidos. Tentamos apresentar desenvolvimentos novos e originais, e não aplicações do tipo como os onipresentes parques eólicos.

Note, por favor, que o estudo de caso representa uma narrativa; então, cada estudo de caso de um capítulo não é necessariamente representativo do material existente no capítulo. Talvez, como um engenheiro criativo recém-graduado, você será capaz de criar caminhos ainda melhores de extrair formas de energia renovável

 

CAPÍTULO 2 - CONCEITOS FUNDAMENTAIS

PDF Criptografado

2

Conceitos Fundamentais

2.1 O Fluido como um Contínuo

2.2 Campo de Velocidade

2.3 Campo de Tensão

2.4 Viscosidade

2.5 Tensão Superficial

2.6 Descrição e Classificação dos Movimentos de Fluidos

2.7 Resumo e Equações Úteis

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Potência do Oceano

Nós não estamos acostumados a pensar nisso, mas os oceanos são enormes reservatórios de energia solar (e de energia das marés). O estoque de energia solar se dá inicialmente na forma de energia térmica, uma vez que a água da superfície é aquecida durante o dia. Quando a água esfria durante a noite, gradientes de temperatura são estabelecidos, que, em última análise, levam às correntes marinhas (assim como os ventos) contendo enormes quantidades de energia. Segundo estudo de 2009 do

Departamento de Energia dos Estados Unidos, intitulado

“Tecnologia de Energia do Oceano”, há quatro tipos de conversão de energia do oceano: energia das ondas, energia das marés, energia das correntes marinhas e conversão de energia térmica do oceano.

 

CAPÍTULO 3 - ESTÁTICA DOS FLUIDOS

PDF Criptografado

3

Estática dos Fluidos

3.1 A Equação Básica da Estática dos Fluidos

3.2 A Atmosfera-Padrão

3.3 Variação de Pressão em um Fluido Estático

3.4 Sistemas Hidráulicos

3.5 Forças Hidrostáticas sobre Superfícies Submersas

3.6 Empuxo e Estabilidade

3.7 Fluidos em Movimento de Corpo Rígido (no site da LTC Editora)

3.8 Resumo e Equações Úteis

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia das Ondas: Wavebob

Os seres humanos têm se interessado por séculos em tomar a imensa energia do oceano, mas com os combustíveis fósseis (óleo e gás) se esgotando, o desenvolvimento de tecnologias para aproveitar a energia do oceano está se tornando importante. Em particular, a energia das ondas é atrativa para diversos países com acesso a fontes convenientes. Acredita-se que do ponto de vista geográfico e comercial os mais ricos recursos atualmente conhecidos de energia das ondas estão na costa da Europa banhada pelo oceano Atlântico (em particular perto da

 

CAPÍTULO 4 - EQUAÇÕES BÁSICAS NA FORMA INTEGRAL PARA UM VOLUME DE CONTROLE

PDF Criptografado

4

Equações Básicas na

Forma Integral para um

Volume de Controle

4.1 Leis Básicas para um Sistema

4.2 Relação entre as Derivadas do Sistema e a Formulação para Volume de Controle

4.3 Conservação de Massa

4.4 Equação da Quantidade de Movimento para um Volume de Controle Inercial

4.5 Equação da Quantidade de Movimento para um Volume de Controle com Aceleração Retilínea

4.6 Equação da Quantidade de Movimento para Volume de Controle com Aceleração Arbitrária

(no Site da LTC Editora)

4.7 O Princípio da Quantidade de Movimento Angular

4.8 A Primeira Lei da Termodinâmica

4.9 A Segunda Lei da Termodinâmica

4.10 Resumo e Equações Úteis

98

004-pritchard 98

01.10.13 14:48:49

Equações Básicas na Forma Integral para um Volume de Controle

99

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia das Ondas: Conversor de Energia das Ondas Pelamis

Como vimos no Estudo de Caso em Energia e

 

CAPÍTULO 5 - INTRODUÇÃO À ANÁLISE DIFERENCIAL DOS MOVIMENTOS DOS FLUIDOS

PDF Criptografado

5

Introdução à Análise Diferencial dos Movimentos dos Fluidos

171

Introdução à Análise

Diferencial dos Movimentos dos Fluidos

5.1 Conservação da Massa

5.2 Função de Corrente para Escoamento Incompressível Bidimensional

5.3 Movimento de uma Partícula Fluida (Cinemática)

5.4 Equação da Quantidade de Movimento

5.5 Introdução à Dinâmica de Fluidos Computacional (DFC)*

5.6 Resumo e Equações Úteis

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia das Ondas: Conversor de

Energia das Ondas Aquamarine

Ostra

Aquamarine Power, uma empresa de energia das ondas localizada na Escócia, desenvolveu um inovador

conversor de energia das ondas hidroelétrico, conhecido como Ostra; um modelo de demonstração em escala foi instalado em 2009 e começou a produzir energia para residências em algumas regiões da Escócia. Eles eventualmente planejam possuir fazendas de ondas Ostra comercialmente viáveis em todo o mundo,

 

CAPÍTULO 6 - ESCOAMENTO INCOMPRESSÍVEL DE FLUIDOS NÃO VISCOSOS

PDF Criptografado

6

Escoamento Incompressível de

Fluidos Não Viscosos

6.1 Equação da Quantidade de Movimento para Escoamento sem Atrito: a Equação de Euler

6.2 As Equações de Euler em Coordenadas de Linhas de Corrente

6.3 A Equação de Bernoulli – Integração da Equação de Euler ao Longo de uma Linha de Corrente para

Escoamento Permanente

6.4 A Equação de Bernoulli Interpretada como uma Equação de Energia

6.5 Linha de Energia e Linha Piezométrica

6.6 Equação de Bernoulli para Escoamento Transiente – Integração da Equação de Euler ao Longo de uma

Linha de Corrente (no site da LTC Editora)

6.7 Escoamento Irrotacional

6.8 Resumo e Equações Úteis

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia da Onda: A Central Limpet

Conforme já discutimos nos Estudos de

Casos em Meio Ambiente anteriores, ondas do oceano contêm bastante energia; algumas regiões do mundo apresentam uma densidade de energia (energia por largura do escoamento da água) de até

 

CAPÍTULO 7 - ANÁLISE DIMENSIONAL E SEMELHANÇA

PDF Criptografado

7

Análise Dimensional e Semelhança

289

Análise Dimensional e

Semelhança

7.1 As Equações Diferenciais Básicas Adimensionais

7.2 A Natureza da Análise Dimensional

7.3 O Teorema Pi de Buckingham

7.4 Determinação dos Grupos Π

7.5 Grupos Adimensionais Importantes na Mecânica dos Fluidos

7.6 Semelhança de Escoamentos e Estudos de Modelos

7.7 Resumo e Equações Úteis

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia das Correntes em Rios e

Oceanos: O Vivace

Temos até agora apresentado Estudos de

Caso em Energia e Meio Ambiente principalmente sobre energia das ondas, porém muitos desenvolvimentos estão ocorrendo em energia das correntes em rios e oceanos — na verdade, em energia disponível em qualquer local que exista uma corrente, tais como os estuários e rios, e não somente nos oceanos. Uma abundância de energia está disponível. Embora as correntes dos rios e dos oceanos se movam lentamente em comparação com as velocidades típicas dos ventos,

 

CAPÍTULO 8 - ESCOAMENTO INTERNO VISCOSO E INCOMPRESSÍVEL

PDF Criptografado

8

Escoamento Interno Viscoso e Incompressível

327

Escoamento Interno Viscoso e

Incompressível

8.1 Introdução

Parte A Escoamento Laminar Completamente Desenvolvido

8.2 Escoamento Laminar Completamente Desenvolvido entre Placas Paralelas Infinitas

8.3 Escoamento Laminar Completamente Desenvolvido em um Tubo

Parte B Escoamento em Tubos e Dutos

8.4 Distribuição de Tensão de Cisalhamento no Escoamento Completamente Desenvolvido em Tubos

8.5 Perfis de Velocidade em Escoamentos Turbulentos Completamente Desenvolvidos em Tubos

8.6 Considerações de Energia no Escoamento em Tubos

8.7 Cálculo da Perda de Carga

8.8 Solução de Problemas de Escoamento em Tubo

Parte C Medição de Vazão

8.9 Métodos Diretos

8.10 Medidores de Vazão de Restrição para Escoamentos Internos

8.11 Medidores de Vazão Lineares

8.12 Métodos Transversos

8.13 Resumo e Equações Úteis

327

008-pritchard 327

 

CAPÍTULO 9 - ESCOAMENTO VISCOSO, INCOMPRESSÍVEL, EXTERNO

PDF Criptografado

9

Escoamento Viscoso, Incompressível, Externo

419

Escoamento Viscoso,

Incompressível, Externo

Parte A

Camadas-Limite

9.1

O Conceito de Camada-Limite

9.2

Espessuras de Camada-Limite

9.3

Camada-Limite Laminar sobre uma Placa Plana: Solução Exata (no Site da LTC Editora)

9.4

Equação Integral da Quantidade de Movimento

9.5

Uso da Equação Integral da Quantidade de Movimento para Escoamento com Gradiente de

Pressão Zero

9.6

Gradientes de Pressão no Escoamento da Camada-Limite

Parte B

Escoamento Fluido em Torno de Corpos Submersos

9.7

Arrasto

9.8

Sustentação

9.9

Resumo e Equações Úteis

419

009-pritchard 419

28.10.13 12:18:21

420

Capítulo 9

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia Eólica: O Sistema Rotativo a Ar Magenn (MARS)

No Estudo de Caso em Energia e Meio

Ambiente do Capítulo 8, focamos em uma alternativa para as fazendas de turbinas eólicas com três pás que estão surgindo em todo o mundo. Neste Estudo de Caso, focamos em uma segunda ideia original para energia eólica, o Sistema Rotativo a Ar Magenn (MARS).

 

CAPÍTULO 10 - MÁQUINAS DE FLUXO

PDF Criptografado

10

Máquinas de Fluxo

491

Máquinas de Fluxo

10.1 Introdução e Classificação de Máquinas de Fluxo

10.2 Análise de Turbomáquinas

10.3 Bombas, Ventiladores e Sopradores

10.4 Bombas de Deslocamento Positivo

10.5 Turbinas Hidráulicas

10.6 Hélices e Máquinas Eólicas

10.7 Turbomáquinas de Escoamento Compressível

10.8 Resumo e Equações Úteis

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia Eólica: Turbina Eólica e

Projeto de Ventiladores Usando

Tubérculos

No Estudo de Caso do Capítulo 9, aprendemos que a incrível agilidade das baleias jubarte se deve à presença de irregularidades sobre as bordas das suas nadadeiras, conhecidas como tubérculos. Ernst van Nierop, um postulante a doutorado na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Harvard, é coautor de um estudo para explicar esse fenômeno em

conjunto com o professor de matemática Michael Brenner e com o pesquisador Silas Alben.

 

CAPÍTULO 11 - ESCOAMENTO EM CANAIS ABERTOS

PDF Criptografado

11

Escoamento em

Canais Abertos

11.1 Conceitos Básicos e Definições

11.2 Equação de Energia para Escoamentos em Canal Aberto

11.3 Efeito Localizado de Mudança de Área (Escoamento sem Atrito)

11.4 O Ressalto Hidráulico

11.5 Escoamento Uniforme em Regime Permanente

11.6 Escoamento com Profundidade Variando Gradualmente

11.7 Medição de Descarga Usando Vertedouros

11.8 Resumo e Equações Úteis

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Usando um Reservatório como uma Bateria

Todos nós estamos familiarizados com as baterias elétricas; usamos estas baterias em nossos carros, laptops, telefones celulares e aparelhos

MP3, para mencionar apenas umas poucas utilidades.

As baterias são dispositivos para estocagem de energia que nos permitem gerar energia de uma só vez e em um só local, e estocar essa energia para uso em diferentes momentos e em outros locais. A figura mostra

uma barragem que parece mundana (ela é a Barragem

 

CAPÍTULO 12 - INTRODUÇÃO AO ESCOAMENTO COMPRESSÍVEL

PDF Criptografado

12

Introdução ao Escoamento Compressível

657

Introdução ao Escoamento

Compressível

12.1 Revisão de Termodinâmica

12.2 Propagação de Ondas de Som

12.3 Estado de Referência: Propriedades de Estagnação Isentrópica Local

12.4 Condições Críticas

12.5 Resumo e Equações Úteis

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia Eólica: Turbina Eólica Axial de Eixo Vertical

A maioria dos dispositivos que vimos nos

Estudos de Casos em Energia e Meio Ambiente

é destinada à produção em larga escala de energia. No entanto, muitos trabalhos têm sido realizados em dispositivos em escala residencial. Scott Weinbrandt é o diretor executivo de uma companhia chamada Helix Wind.

Sua formação é em tecnologia de computadores; ele viveu a experiência na indústria de computadores, que migrou dos mainframes* aos computadores pessoais.

Scott diz que está vendo a mesma tendência emergente

*Mainframes são computadores de grande porte, utilizados, em geral, no processamento de milhares de dados. (N.T.)

 

CAPÍTULO 13 - ESCOAMENTO COMPRESSÍVEL

PDF Criptografado

13

Escoamento Compressível

689

Escoamento Compressível

13.1 Equações Básicas para Escoamento Compressível Unidimensional

13.2 Escoamento Isentrópico de um Gás Ideal: Variação de Área

13.3 Choques Normais

13.4 Escoamento Supersônico em Canais, com Choque

13.5 Escoamento em Duto de Área Constante, com Atrito

13.6 Escoamento sem Atrito em um Duto de Área Constante, com Transferência de Calor

13.7 Choques Oblíquos e Ondas de Expansão

13.8 Resumo e Equações Úteis

Estudo de Caso em Energia e Meio Ambiente

Energia Eólica: A Turbina Eólica de

Eixo Vertical Windspire

As fazendas de turbinas eólicas agora são uma visão comum em muitas partes do mundo.

Uma das primeiras fazendas eólicas nos Estados Unidos, a Fazenda Altamont Pass Wind Farm, na Califórnia central, possui quase 5000 turbinas eólicas relativamente pequenas de vários tipos, tornando-se de uma só vez a maior fazenda eólica no mundo em termos de capacidade de geração de energia. A Altamont Pass é ainda a maior concentração simples de turbinas eólicas do mundo, com uma capacidade de 576 MW, produzindo em torno de 125 MW em média e 1,1 TWh anualmente.

 

APÊNDICE A - DADOS DE PROPRIEDADES DE?FLUIDOS

PDF Criptografado

Apêndice

A

Dados de Propriedades de Fluidos

A.1 Densidade Relativa

Dados da densidade relativa para diversos líquidos e sólidos comuns estão apresentados nas Figs. A.1a e A.1b e nas Tabelas A.1 e A.2. Para líquidos, a densidade relativa

é uma função da temperatura. (Massas específicas da água e do ar são dadas como funções da temperatura nas Tabelas de A.7 a A.10.) Para a maior parte dos líquidos, a densidade relativa decresce com o aumento da temperatura. A água tem um comportamento singular: ela apresenta uma massa específica máxima de 1000 kg/m 3 a

4ºC. A massa específica máxima da água é usada como valor de referência para calcular a densidade relativa. Portanto

Consequentemente, a densidade relativa (SG) máxima da água é exatamente a unidade.

As densidades relativas para sólidos são relativamente insensíveis à temperatura; os valores dados na Tabela A.1 foram medidos a 20ºC.

A densidade relativa da água do mar depende tanto da temperatura quanto do grau de salinidade. Um valor representativo para a água do oceano é SG = 1,025, como dado na Tabela A.2.

 

APÊNDICE B - EQUAÇÕES DO MOVIMENTO EM COORDENADAS CILÍNDRICAS

PDF Criptografado

B

Equações do Movimento em Coordenadas Cilíndricas

Apêndice

795

Equações do Movimento em

Coordenadas Cilíndricas

A equação da continuidade em coordenadas cilíndricas para massa específica constante é

(B.1)

As tensões normais e de cisalhamento em coordenadas cilíndricas para massa específica e viscosidade constantes são

(B.2)

As equações de Navier-Stokes em coordenadas cilíndricas para massa específica e viscosidade constantes são componente r:

(B.3a)

795

ApB-pritchard 795

06.11.13 13:23:03

796

Apêndice B componente :

(B.3b)

componente z:

(B.3c)

ApB-pritchard 796

06.11.13 13:23:03

 

APÊNDICE C - FILMES PARA MECÂNICA DOS FLUIDOS

PDF Criptografado

C

Filmes para Mecânica dos Fluidos

Apêndice

797

Filmes para Mecânica dos Fluidos

Os seguintes vídeos referenciados no texto estão disponíveis para visualização online no site:

.*

Capítulo 2

O fluido como um Contínuo

Linhas de Emissão

Linhas de Corrente

Interações Moleculares na

Interface

Película de Sabão Reduzida

Película de Sabão

Encolhendo

Superfícies Secas e Molhadas

Aumento Capilar

Exemplos de Escoamento sobre uma Esfera

Capítulo 3

Amplificação da Força

Hidráulica

Escoamento Laminar Interno em um Tubo

O Ônibus Espacial: Um

Escoamento Turbulento

Externo

Capítulo 4

Conservação da Massa: O

Enchimento de um Tanque

Escoamento em CamadaLimite

Escoamento em Linhas de

Corrente sobre um Aerofólio

 

APÊNDICE D - CURVAS DE DESEMPENHO SELECIONADAS PARA BOMBAS E VENTILADORES

PDF Criptografado

Apêndice

D

Curvas de Desempenho

Selecionadas para Bombas e Ventiladores

D.1 Introdução

Muitas empresas, em todo o mundo, fabricam máquinas de fluxo em vários tipos e tamanhos-padrão. Cada fabricante publica dados completos de desempenho a fim de permitir a aplicação de suas máquinas em sistemas. Este Apêndice contém dados de desempenho selecionados para uso na resolução de problemas de sistemas de bombas e ventiladores. Dois tipos de bomba e um tipo de ventilador são incluídos.

A escolha de um fabricante pode basear-se na prática, na localização ou no custo.

Uma vez escolhido um fabricante, a seleção da máquina é um processo em três etapas:

1. Selecione um tipo de máquina, adequado à aplicação, a partir de um catálogo completo de um fabricante, que dê as faixas de elevação de pressão (altura de carga) e a vazão para cada tipo de máquina.

2. Escolha um modelo de máquina apropriado e uma velocidade do motor a partir de um diagrama mestre de seleção que superpõe as faixas de altura de carga e de vazão de uma série de máquinas em um só gráfico.

 

APÊNDICE E - FUNÇÕES DE ESCOAMENTO PARA O CÁLCULO DE ESCOAMENTO COMPRESSÍVEL

PDF Criptografado

Apêndice

E

Funções de Escoamento para o Cálculo de Escoamento

Compressível

E.1 Escoamento Isentrópico

As funções de escoamento isentrópico são calculadas com o auxílio das seguintes equações:

(12.21b)/(13.7b)

(12.21a)/(13.7a)

(12.21c)/(13.7c)

(13.7d)

Valores representativos das funções de escoamento isentrópico para k = 1,4 estão apresentados na Tabela E.1 e graficamente na Fig. E.1.

816

ApE-pritchard 816

06.11.13 13:45:17

Funções de Escoamento para o Cálculo de Escoamento Compressível

817

Tabela E.1

Funções de Escoamento Isentrópico (escoamento unidimensional, gás ideal, k = 1,4)

M

T/T0

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

1,0000

0,9524

0,8333

0,6897

0,5556

0,4444

0,3571

0,2899

0,2381

0,1980

0,1667

p/p0

1,0000

 

Carregar mais


Detalhes do Produto

Livro Impresso
eBook
Capítulos

Formato
PDF
Criptografado
Sim
SKU
BPPD000206305
ISBN
9788521625834
Tamanho do arquivo
41 MB
Impressão
Desabilitada
Cópia
Desabilitada
Vocalização de texto
Não
Formato
PDF
Criptografado
Sim
Impressão
Desabilitada
Cópia
Desabilitada
Vocalização de texto
Não
SKU
Em metadados
ISBN
Em metadados
Tamanho do arquivo
Em metadados