FENÔMENOS DE TRANSPORTES

Apresentação em tema: "FENÔMENOS DE TRANSPORTES"— Transcrição da apresentação:

1 FENÔMENOS DE TRANSPORTES
PROFESSOR: Me. Denes Morais

2 Grandezas Fundamentais do SI

3 Unidades Suplementares (ângulos)

4 Unidades Derivadas

5 Unidades derivadas com nomes e símbolos especiais

6 Prefixos no SI

7 Tabela de conversão de unidades

8 Tabela de conversão de unidades

9 Tabela de conversão de unidades

10 Tabela de conversão de unidades

11 Introdução aos Fenômenos de Transporte
O estudo de fenômenos de transporte tem aplicações muito importantes na Engenharia, pois permite conhecer assuntos diversos, como o transporte de fluidos ao longo de canalizações ou a quantificação da dissipação de calor de motores, dando ao estudante um ferramenta importante para a otimização dos processos de fabricação e produção.

12 Os fenômenos de transferência, objeto deste texto, tratam da movimentação de uma grandeza física de um ponto para outro do espaço e dão corpo à disciplina fenômenos de transporte. São eles: transporte de quantidade de movimento, transporte de energia térmica e transporte de massa. Como a transferência dessas grandezas segue princípios análogos, é viável seu estudo em conjunto por meio de tratamento matemático único.

13 Fenômenos de Transporte na Engenharia
Na engenharia civil constitui a base do estudo de hidráulica e hidrologia e tem aplicações no conforto térmico e edificações. Na engenharia de produção as aplicações mais conhecidas prendem-se à otimização dos processos produtivos e de transporte de fluidos, por intermédio do conhecimento dos fenômenos de troca de calor e da movimentação de fluidos de ciclo de vida dos produtos industrializados.

14 O que são os “Fenômenos de Transportes”
Fenômenos dos transportes é uma área da física aplicada, que inclui os tópicos: Mecânica dos fluidos – Transporte de quantidade de movimento (ou momento). Se divide em duas áreas: Estática dos fluidos fluido se encontra livre da ação de forças externas; Dinâmica dos fluidos fluido em regime de movimento acelerado. Transferência de calor – Transporte de energia. Transferência de matéria – Transporte de massa (de espécies químicas)

15 Níveis de Observação Nos fenômenos de transporte distinguem-se dois níveis ou escalar de observação. Nível macroscópico – A unidade de observação é o equipamento ou a peça do material em estudo. Nível microscópico – A unidade de observação é o elemento material (grão, partícula, gota etc.) dentro do sistema em estudo. Neste nível os comprimentos são medidos em milímetros ou mícrons.

16 [Fluidos]

17 Fluidos O que é um fluido? Qual a diferença entre um fluido e um sólido? Os fluidos “fluem” (escoam), ao contrário dos sólidos. Do ponto de vista mecânico, podemos classificar os fluidos em gases (fluidos muito compressíveis) e líquidos (pouco compressíveis, ou aproximadamente compressíveis).

18 Definição de fluido segundo a literatura
“Fluido é uma substância que se deforma continuamente, isto é, escoa, sob ação de uma força tangencial, por menor que seja”. “ Fluido é um meio material que quando submetido a tensões tangenciais, por pequenas que sejam, deforma-se continuamente”. “Fluido é definido como a substância que deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento de qualquer valor”.

19 Classificação e características dos fluidos
Assumem o formato do recipiente que o contém. Líquidos Apresentam uma superfície livre; Ligeiramente compressíveis ou incompressíveis; Volume não é afetado significativamente pela temperatura e pressão. Gases Ocupam todo o recipiente; São muito compressíveis; Volume muda com a temperatura e pressão (quando lhe é permitido).

20 Classificação e características dos fluidos – categorias para efeitos de cálculo
IDEAIS – não tem viscosidade (não resistem ao corte); são incompressíveis e tem distribuição de velocidades uniforme quando fluem; não existe fricção entre suas camadas; não existe turbulência. REAIS – tem viscosidade finita e distribuição de velocidades não uniforme; são compressíveis e experimentam fricção e turbulência ao fluírem. Dividem-se em fluidos Newtonianos e fluidos não Newtonianos.

21 Fluido compressível - é um fluído que responde com uma redução do seu volume próprio ao ser submetido à ação de uma força. Fluido incompressível - é um fluído que apresenta uma resistência à redução do seu volume próprio quando é submetido à ação de uma força.

22 O fluido não resiste a esforços tangenciais por menores que estes sejam, o que implica que se deformam continuamente. F

23 Massa específica e densidade
A diferença entre massa específica e densidade é que o termo densidade refere-se a sólidos, e massa específica se aplica a fluidos. Massa específica e densidade

24 Massa específica Representa a relação entre a massa de uma determinada substância e o volume ocupado por ela: onde ρ massa específica; m massa da substância; V volume ocupado pela substância.

25 Massa específica Unidades: SI kg/m3 Sistema CGS dina · s2/cm4 = g/cm3
Sistema MK*S kgf · s2/m4 = utm/m3 Análise dimensional utilizando FLT: [ρ] = FL-4T2

26 A massa específica relativa de uma dada substância é a razão da massa específica da substância ρ sub pela massa específica da água ρ água, ou

27 Peso Específico O peso G de qualquer corpo material é calculado pelo produto de sua massa m pela aceleração da gravidade g (g = 9,8 m/s2): 𝐺=𝑚𝑔 O peso específico γ é o peso do fluido por unidade de volume:

28 Peso Específico [γ] = FL-3 Unidades:
SI N/m3 Sistema CGS dina/cm3 Sistema MK*S kgf/m3 Análise dimensional utilizando FLT: [γ] = FL-3

29 Peso Específico Sabendo que G = mg, γ também pode ser escrito como 𝛾= 𝜌𝑔 O peso específico e a massa específica diferem apenas pela constante g!

30 Peso específico relativo
É a relação entre o peso específico do líquido em questão e o peso específico da água, que em condições normais tem o valor de N/m3. Como o peso específico relativo é a razão entre dois pesos específicos, o mesmo é adimensional (não possui dimensão)!

31 Tabela de propriedades dos fluidos

32 EXEMPLO Trinta mililitros de uma solução anestésica contida numa seringa de 5 g tem uma massa combinada de 80 g. Determine a massa específica da solução anestésica.

33 A massa da solução anestésica ma é a massa total mT menos aquela da seringa ms, ou: mT = ma + ms → ma = mT – ms = 80 – 5 = 75 g O volume V da solução anestésica contida na seringa é: V = 30 ml = 30 cm3

34 EXERCÍCIOS

35 1°) A massa específica de um radio fármaco é 0,75 g cm-3
1°) A massa específica de um radio fármaco é 0,75 g cm-3. Determine a massa de 2,0 litros deste radio fármaco. Nota: 1 litro = 1000 cm3 2°) Determine o tamanho apropriado de um recipiente necessário para manter 0,7 g de éter que tem uma massa específica de 0,62 g . cm-3. 3°) Um cubo de alumínio sólido tem dimensões de 6 polegadas (6 in) de comprimento em cada lado. Dado que a massa específica do alumínio é 170 lb ft -3, determine a sua massa. Dado : 1 pé = 1 ft = 12 in = 30,48 cm

36 4°) O osso tem uma massa específica de 1,06 g. cm-3
4°) O osso tem uma massa específica de 1,06 g.cm-3. Determine a massa específica relativa do osso. 5°) Como calculado no problema prévio, a massa específica relativa do osso é 1,06. Determine a massa de 1 cm3 de osso.

37 Exercícios propostos

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39 Fluidos ideais O movimento de um fluido real é muito complexo. Para simplificar sua descrição consideraremos o comportamento de um fluido ideal cujas características são as seguintes:

40 1 - Fluido não viscoso. É desprezado a fricção interna entre as distintas partes do fluido. 2 - Fluxo estacionário. A velocidade do fluido em um ponto é constante com o tempo. 3 - Fluido incompressível. A densidade do fluido permanece constante com o tempo. 4 - Fluxo irrotacional. Não apresenta turbilhões, logo, não há momento angular do fluido relativo a qualquer ponto.

41 V I S C O S I D A D E É a propriedade dos fluidos responsável pela resistência ao deslocamento (deformação). Exemplo: Óleo lubrificante escoa mais lentamente que a água ou álcool. IMPLICAÇÃO: - Em consequência da viscosidade, o escoamento de fluidos dentro das canalizações somente se verifica com “ PERDA” de energia, perda essa designada por “ PERDA DE CARGA”.

42 Tensão de Cisalhamento
Experiência das Duas Placas. Sólido preso entre duas placas planas, uma inferior fixa e outra superior onde está agindo uma força constante Ft: Um sólido, quando submetido a uma força tangencial constante, deforma-se angularmente, mas atinge uma nova posição de equilíbrio estático.

43 Tensão de Cisalhamento
A mesma experiência de duas placas será feita, porém agora no lugar do sólido será colocado um fluido. Placa superior móvel e inferior fixa. Fluido ocupa um volume ABCD. Princípio da aderência: “Os pontos de um fluido, em contato com uma superfície sólida, aderem aos pontos dela, com os quais estão em contato.” Isso significa que se a placa adquire uma velocidade v, os pontos do fluido em contato com ela terão a mesma velocidade v, e os pontos do fluido em contato com a placa fixa ficarão parados junto dela.

44 Tensão de Cisalhamento
Portanto o volume ABCD deforma-se continuamente, não alcançando uma nova posição de equilíbrio estático! Diferença: sólidos se deformam limitadamente sob a ação de forças tangencias pequenas. Fluidos se deformam continuamente!

45 Tensão de Cisalhamento
Tensão de cisalhamento – definição: é o quociente entre o módulo da componente tangencial da força e a área sobre a qual está aplicada. 𝜏= 𝐹 𝑡 𝐴 Unidades SI N/m2 CGS dina/cm2 MK*S kgf/m2

46 Tensão de Cisalhamento

47 Tensão de Cisalhamento
Lei de Newton da viscosidade

48 COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DINÂMICA ( µ ) COEFICIENTE DE VISCOSIDADE CINEMÁTICO (ν )
Unidades SI N.s/m2 CGS dina.s/cm2 MK*S kgf.s/m2 Unidades SI m2/s CGS cm2/s = stoke(St) MK*S m2/s

49 EXERCÍCIOS

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52 Bibliografia complementar
Bibliografia básica ÇENGEL, Y. A. Transferência de calor e massa. 3. ed. SP: McGraw Hill Artmed, 2009. BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. SP: Pearson Prentice Hall, 2008. INCROPERA, F. P.; WITT, D. P. Fundamentos de transferência de calor e de massa. 6. ed. RJ: LTC, 2008. Bibliografia complementar BISTAFA, S. R. Mecânica dos fluidos: noções e aplicações. SP: Edgard Blücher, 2010. ÇENGEL, Y. A.; CIMBALA, J. M. Mecânica dos fluidos: fundamentos e aplicações. SP: McGraw Hill – Artmed, 2007. FOX. R. W.; PRITCHARD, P. J.; McDONALD, A. T. Introdução à mecânica dos fluidos. 7. ed. RJ: LTC, 2010. MORAN, M. J. Introdução à engenharia de sistemas térmicos. RJ: LTC, 2005. WHITE, F. M. Mecânica dos fluidos. 6. ed. SP: McGraw Hill – Artmed, 2010.