Mecanica dos Fluidos e suas Aplicações na Engenharia
A mecânica dos fluidos é o ramo da mecânica que estuda o comportamento físico dos fluidos e suas propriedades. Os aspectos teóricos e práticos da mecânica dos fluidos são de fundamental importância para a solução de diversos problemas encontrados habitualmente na engenharia, sendo suas principais aplicações destinadas ao estudo de escoamentos de líquidos e gases, máquinas hidráulicas, aplicações de pneumática e hidráulica industrial, sistemas de ventilação e ar condicionado além de diversas aplicações na área de aerodinâmica voltada para a indústria aeroespacial. O estudo da mecânica dos fluidos é dividido basicamente em dois ramos, a estática dos fluidos e a dinâmica dos fluidos. A estática dos fluidos trata das propriedades e leis físicas que regem o comportamento dos fluidos livre da ação de forças externas, ou seja, nesta situação o fluido se encontra em repouso ou então com deslocamento em velocidade constante, já a dinâmica dos fluidos é responsável pelo estudo e comportamento dos fluidos em regime de movimento acelerado no qual se faz presente a ação de forças externas responsáveis pelo transporte de massa.
Dessa forma, pode-se perceber que o estudo da mecânica dos fluidos está relacionado a muitos processos industriais presentes na engenharia e sua compreensão representa um dos pontos fundamentais para a solução de problemas geralmente encontrados nos processos industriais. Entre tantas aplicações de mecanica dos fluidos na engenharia podemos destacar alguns exemplos abaixo: Turbinas a Vapor: Turbina a Vapor é a Máquina Térmica que utiliza a energia do vapor sob forma de energia cinética. Deve transformar em energia mecânica a energia contida no vapor vivo sob forma de energia térmica e de pressão. Embora a história registre a construção de dispositivos rudimentares, que se baseavam nos mesmos princípios, de ação ou de reação, das turbinas atuais em épocas bastante remotas, o desenvolvimento da turbina a vapor, como um
tipo realmente útil de acionador primário até a sua forma atual, ocorreu somente nos últimos setenta anos. A turbina é um motor rotativo que converte em energia mecânica a energia de uma corrente de água, vapor d'água ou gás. O elemento básico da turbina é a roda ou rotor, que conta com paletas, hélices, lâminas ou cubos colocados ao redor de sua circunferência, de forma que o fluido em movimento produza uma força tangencial que impulsiona a roda, fazendo-a girar. Essa energia mecânica é transferida através de um eixo para movimentar uma máquina, um compressor, um gerador elétrico ou uma hélice. As turbinas se classificam como hidráulicas ou de água, a vapor ou de combustão. Atualmente, a maior parte da energia elétrica mundial é produzida com o uso de geradores movidos por turbinas. A turbina a vapor é atualmente o mais usado entre os diversos tipos de acionadores primários existentes. Uma série de favorável de características concorreu para que a turbina a vapor se destacasse na competição com outros acionadores primários, como a turbina hidráulica, o motor de combustão interna, a turbina a gás. Componentes:
Bomba hidráulica: A finalidade de uma bomba hidráulica é a de transformar energia mecânica em energia hidráulica, utilizando para isso uma energia primária, que normalmente é elétrica (Motor elétrico) ou térmica, através do uso de motores de combustão interna nos casos onde seja necessária maior mobilidade do sistema como um todo. Em aplicações industriais é mais comumente acionada por motores elétricos, devido à fácil instalação e substituição, manutenção simples e baixo custo. Existem diversos tipos de bombas hidráulicas, cada uma com uma variedade de formas construtivas e funções adicionais de forma a atender melhor cada tipo de aplicação. As bombas de pistões axiais podem ser encontradas em 3 formas construtivas, e podem ter fluxo fixo, ajustável ou até mesmo auto-ajustável, caso em que podem ser ajustadas durante o trabalho através de sistemas de controle automatizados.
As bombas de pistões axiais funcionam com base no movimento retilíneo al- ternativo dos pistões nos cilindros do tambor, movimento este que consiste no pistão ser empurrado para fora do cilindro por uma mola, enchendo o cilindro de fluído, que posteriormente é pressurizado quando o movimento rotativo da bomba empurra o pistão novamente para dentro do cilindro. Nas bombas de prato fixo, o tambor é quem recebe o movimento rotativo transferido pelo eixo. Nestas bombas, o contato entre os pistões e o prato inclinado é feito com o uso de uma placa de desgaste, que é uma coroa com rasgos circunferenciais que servem de sede para o encaixe do ponto de contato do pistão com o prato inclinado. Deste modo o custo de manutenção da bomba é reduzido, pois os pistões apresentam menor desgaste durante o trabalho. Durante o funcionamento, cada pistão ao recuar cria um vácuo no cilindro, puxando o fluído através da placa de válvulas, assim que o pistão alcança sua abertura máxima chega ao segundo rasgo da placa de válvulas, onde se inicia o processo de pressurização e descarga, em que o fluído é forçado para fora do cilindro. Neste tipo de bomba o controle de entrada e saída do fluído nos cilindros é feita com a placa de válvulas, que é um anel fixo com dois rasgos, cada um ocupando metade da placa, sendo um para entrada e outro para a saída do fluído. As bombas hidráulicas de pistões axiais apresentam alto rendimento volumétrico, por volta dos 95%; chegando até a 700 bar, ou seja, algo em torno de 715 Kgf/cm2;
Aplicações: São muito utilizadas na área industrial, comercial e móbil, são aplicados em levantamento e movimentação de cargas em: Caminhões Caçamba; Equipamento móbil; Equipamentos de Perfuração; Escavadeiras e Veículos Pesados em geral; Guinchos; Guindastes;
Máquinas Ferramentas; Navios Tanque; Prensas hidráulicas; e etc...
Caldeiras: As caldeiras podem ser classificadas de diferentes formas, de acordo com: utilização prevista, tipo de fluido gerado, combustível utilizado e concepção do equipamento. Podemos fundamentalmente distinguir 3 tipos de caldeiras: - Caldeiras para geração de energia eléctrica - Caldeiras para aquecimento de processos industriais ou outros - Caldeiras de recuperação de calor de processos industriais e outras fontes Nas caldeiras para geração de energia eléctrica o fluido gerado é necessariamente vapor, e normalmente a altas pressões e temperaturas para permitir a máxima geração de energia mecânica em turbinas a vapor, motores a vapor, que por sua vez acionam alternadores onde é gerada a energia eléctrica. O vapor de escape das turbinas ou motores a vapor – a baixas pressões e temperaturas – pode ser por sua vez usado para aquecimento de processos industriais. As caldeiras para aquecimento de processos industriais têm como objectivos completamente diferentes: transferem o calor do combustível para um fluido que por sua vez transporta esse calor aos utilizadores. Este fluido é normalmente a baixa ou média pressão. As caldeiras de recuperação de calor são utilizadas quando há calor a recuperar de qualquer processo químico, industrial, de incineração ou de máquinas térmicas. Nos geradores de vapor o calor do combustível é utilizado para gerar vapor, a pressões e temperaturas que dependem da aplicação, e que normalmente só terão sentido quando há trabalho mecânico a desempenhar. Um dos fluidos utilizado é água sobreaquecida, água aquecida a temperaturas elevadas, que tem utilização nas muito grandes instalações de aquecimento (grandes bases aéreas e navais, por exemplo) e em certos processos industriais (aglomerados de madeira e outros). Nas caldeiras de água quente, o fluido é água quente, entendendo-se por “água quente” a água até uma temperatura de 110ºC. Estas caldeiras utilizam-se para aquecimento de edifícios ou aplicações industriais como hangares de aviões, estufas, etc. Finalmente, as caldeiras de óleo
térmico utilizam-se para aplicações que exigem transferência de calor altas temperaturas (normalmente até 350ºC que nem entram em ebulição à pressão atmosférica e a 350ºC, nem se decompõem. Isto significa na prática, que é possível ter todo o circuito à pressão atmosférica e a temperaturas até 350ºC impossível com a água pois esta, à pressão atmosférica entra em ebulição a 100ºC Este sistema tem ainda a enorme vantagem de não ter conservação, nem corrosões, nem incrustações, nem instalações de tratamento de águas, já que o fluído é um óleo. Conhecem-se instalações a trabalhar há 20 e até 30 anos sem sequer mudarem o óleo. Aplicações: Estes tipos de Caldeiras são muito utilizados nas seguintes áreas: Bases aéreas e navais; Industria em geral; Usinas de Açucar e Alcool; Fabricação de papel e celulose, etc...
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