Hidrodinâmica

 Nota: Se procura o livro de Daniel Bernoulli, veja Hydrodynamica.

A hidrodinâmica (ou dinâmica de fluidos) é sub-área da hidráulica. Sendo esta a ciência que trata da mecânica dos fluidos, a hidrodinâmica refere-se especificamente a ciência que trata do movimento dos fluidos — fluxo de líquidos e gases. Refere-se à variáveis que atuam sob os líquidos em movimento, tais quais velocidade, aceleração e força. Tem várias aplicações, incluindo a aerodinâmica, a engenharia naval e dimensionamentos hidráulicos. Devido as características complexas dos fluidos reais, e a consequente dificuldade de equacioná-los, a hidrodinâmica passou a trabalhar com o chamado fluido perfeito — fluido sem atrito, viscosidade, coesão ou elasticidade. Devido à essas simplificações, a hidrodinâmica era, inicialmente, uma ciência com aplicações práticas limitadas. Entretanto, com o desenvolvimento de fórmulas empíricas a partir da experimentação e com o avanço de tecnologias que possibilitaram trabalhar com equações bastante complexas, a hidrodinâmica passou a ser um instrumento de valor prático indiscutível.

Vazão ou descarga (Q)

É definida como o volume de líquido que atravessa uma seção de escoamento por unidade de tempo.

Calculada através da fórmula

$Q={\frac {volume}{tempo}}$

As unidades mais comumente utilizadas para esse medida são:

• metro cúbico por segundo (m³.s^-1) — unidade do Sistema Internacional

• litros por segundo (L.s^-1)
• litros por hora (L.h^-1)
• metros cúbicos por hora (m³.h^-1)
• galões por hora (gal.h^-1) — OBS: 1 galão americano ≈ 3,79 litros

Classificação dos movimentos de líquidos

Sabendo que o escoamento dos fluidos é caracterizado por pressão, densidade de velocidade, veremos que o movimento de líquidos se divide em:

• Movimento permanente — vazão constante, ou seja, pressão, densidade e velocidade independem do tempo e variam apenas no ponto da seção de escoamento.
  • Uniforme — velocidade constante em todos os pontos
  • Não uniforme — a velocidade varia nos pontos
    • Acelerado — a velocidade no ponto final é maior do que a velocidade no ponto inicial
    • Retardado ou não acelerado — a velocidade no ponto inicial é maior do que a velocidade no ponto final
• Movimento variado ou não permanente — a vazão não é constante, pressão, densidade e velocidade variam com o tempo.

Regimes de escoamento

1. Escoamento laminar: as partículas dos fluidos tem trajetórias não se cruzam, ou seja, são paralelas e bem definidas.
2. Escoamento turbulento: as partículas dos fluidos tem trajetórias desordenadas.

Equação da continuidade

No movimento permanente, a vazão é constante, ou seja, a quantidade de massa do fluido que atravessa uma dada seção de escoamento é sempre a mesma. Nesse caso, a vazão também pode ser dada pela velocidade de escoamento do fluido pela área da seção de escoamento. Como na equação a seguir:

Sendo, $Q={area}\times {velocidade}$

Considerando a área dada em metros quadrados (m²) e a velocidade em metros por segundo (m.s^-1), teremos a resultante da vazão em metros cúbicos por segundo (m³.s^-1), tornando simples a dedução da fórmula acima, para vazão constante ao longo do tempo.

Teorema de Bernoulli

Ver artigo principal: Princípio de Bernoulli

Baseia-se no princípio da conservação de massas aplicado ao escoamento de fluidos.

Modelagem hidrodinâmica

É o ramo da modelagem ambiental e computacional que, usando equações e conceitos da mecânica dos fluidos e da hidráulica, visa representar a dinâmica do escoamento de fluidos em meios naturais e/ou modificados e as diferentes características (velocidade, vazão, coluna d'água, propagação da onda do fluido) do escoamento do fluido nesses meios. Estes modelos quando completos, consistem num agregado de equações diferenciais parciais que, devido à presença de termos não lineares, só admitem soluções analíticas em casos muito simplificados. Os modelos hidrodinâmica, e eles são divididos em:

• Modelos 1D: modelam o escoamento em apenas uma direção;

• Modelos Quasi-2D: usam de uma teia de ligações, células e/ou nós, com os caminhos do escoamento pré-definidos para permitir a armazenagem em locais específicos;

• Modelos 2D: resolvem as equações de Navier-Stokes para duas dimensões;

• Modelos 1D/2D: modelos mistos, utilizam a parte 1D para escoamento em tubos e a parte 2D para canais com regiões de alagamento;

• Modelos 3D: resolvem completamente as equações de Navier-Stokes em três dimensões.

Ver também

• Aerodinâmica
• Difusão, convecção, reação
• Dinâmica de partículas com dissipação
• Hidráulica aplicada a tubulações
• Fluido newtoniano
• Fluido não newtoniano
• Fluido complexo
• Hidráulica
• Hidrologia
• Hidrostática
• Relação constitutiva
• Mecânica dos fluidos
• Método dos Elementos Finitos
• Método das diferenças finitas
• Método dos volumes finitos
• Modelo das Partículas Fluidas
• Modelagem computacional
• Modelos físicos
• Vazão

Bibliografia

• NETTO, Azevedo; Y FERNÁNDEZ, Miguel Fernández. Manual de hidráulica. Editora Blucher, 2018.
• BOTREL, T. A.; MENDONÇA, F. C.; BOMBARDELLI, W. W. A.; ALMEIDA, A. M. V.; BARROS, T. H. S.; CAMARGO, A. P. Hidrabook [recurso eletrônico]. Piracicaba: ESALQ/USP, 2016. 168 p. : il. ISBN: 978-85-86481-59-8. Disponível em: http://docentes.esalq.usp.br/tabotrel/ 168 p. : il.

Ligações externas

• Lista de livros sobre dinâmica de fluidos (em inglês)