Na vida cotidiana encontramos inúmeras aplicações da mecânica dos fluidos sem perceber. Neste artigo descrevemos alguns exemplos para mostrar a importância dos fluidos na engenharia mecânica e no nosso dia a dia.
A mecânica dos fluidos é um campo da física que estuda o comportamento dos fluidos em repouso ou em movimento.
Um fluido é uma substância que pode ser continuamente deformada e tem uma resistência finita à deformação. Dependendo de suas propriedades, podemos distinguir os seguintes tipos de fluidos:
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Fluidos compressíveis e incompressíveis
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Fluidos newtonianos e não newtonianos
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Fluidos ideais e reais.
Os problemas de mecânica dos fluidos são resolvidos por um conjunto de equações matemáticas, como a equação da continuidade ou o princípio de Arquimedes, que descreve o comportamento dos fluidos. Essas equações são derivadas das leis fundamentais da física, como a lei da conservação da massa, quantidade de movimento e a lei da conservação da quantidade de movimento.
Do ponto de vista da engenharia mecânica, os cálculos para estudar o movimento das partículas de fluido às vezes são combinados com técnicas de cálculo numérico. O resultado é o que é conhecido como dinâmica de fluidos computacional.
Exemplo 1: circulação sanguínea
O sangue é um exemplo de partículas fluidas que se movem pelo interior do nosso corpo. O sistema circulatório é um exemplo de mecânica dos fluidos em que os conceitos de pressão e densidade são essenciais para seu bom funcionamento.
O coração funciona como uma bomba que empurra o sangue através das veias, artérias e capilares.
Exemplo 2: um sistema de irrigação
A regulação da pressão e vazão de água em um sistema de irrigação é outro exemplo de aplicação da mecânica dos fluidos. A mecânica dos fluidos é usada para calcular a vazão e a pressão necessárias para mover a água através do sistema.
Na maioria dos projetos de sprinklers, o movimento oscilante depende da pressão da água. O fluxo e a pressão também são elementos cruciais na definição do alcance da água.
Exemplo 3: Por que os aviões voam?
Em um avião, as asas criam uma força chamada sustentação que levanta o avião e o mantém no ar. A sustentação ocorre quando o fluxo de ar se divide em torno das asas e se move mais rápido na parte superior das asas do que na parte inferior. Isso cria uma diferença de pressão entre a parte superior e inferior das asas, que produz sustentação de acordo com o princípio de Bernouilli.
Exemplo 4: Moinhos de Vento
A aerodinâmica ótima de um moinho de vento usado em uma instalação de energia eólica é estudada usando a mecânica dos fluidos. O ar é um fluido em movimento que, dependendo de como é feito o impacto com as pás do aerogerador, varia o desempenho e a obtenção da energia elétrica gerada.
Exemplo 5: Por que um balão de ar quente voa?
Um balão de ar quente sobe porque o ar ao redor do balão tem mais densidade do que o gás dentro do balão. Densidade é a massa por unidade de volume, neste caso o ar externo é mais pesado que o ar interno do balão que tende a subir.
O ar quente dentro do balão exerce uma pressão externa nas paredes do balão, e essa pressão é maior que a força gravitacional que está puxando o balão para baixo.
A diferença de pressão é o que permite que o balão permaneça no ar.
Exemplo 6: O circuito hidráulico de uma usina nuclear
O objetivo de uma usina nuclear é gerar eletricidade a partir do calor obtido por meio de uma reação de fissão nuclear. O calor obtido no reator nuclear é utilizado para aquecer um fluido e gerar vapor, que é outro tipo de fluido. O vapor entra na turbina em alta pressão e velocidade e se expande através das pás da turbina. Isso faz com que as lâminas girem, o que produz energia mecânica.
O estudo das equações diferenciais de um fluido permite o projeto de turbinas mais eficientes e circuitos adequados para suportar essas condições de pressão e temperatura.
Exemplo 7: Uma usina hidrelétrica
Uma usina hidráulica é uma obra de engenharia civil na qual a água é armazenada para acionar um conjunto de turbinas e gerar eletricidade.
Neste exemplo de mecânica dos fluidos, tanto a estática quanto a dinâmica dos fluidos são aplicadas.
O estudo físico da estática dos fluidos é necessário para calcular o dimensionamento da barragem de água para resistir à pressão da água. Por outro lado, para calcular o dimensionamento e desempenho de turbinas hidráulicas, devemos levar em conta as equações que regulam o movimento dos fluidos como a equação de Bernoulli ou as equações de Navier-Stokes.
