Fenômenos de Transporte Luciana Barreiros de Lima Aula 1.

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1 Fenômenos de Transporte Luciana Barreiros de Lima Aula 1

2 INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE Objetivos – Conceituar Fenômenos de Transporte; – Apresentar aplicações de Fenômenos de Transporte em diferentes áreas da Engenharia. 2

3 INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE – Conceituar fluido e apresentar seus diferentes tipos. – Apresentar as dimensões e sua diversas unidades além dos principais sistemas de unidades. 3

4 Nesta aula você vai ter conhecimento do que é tratado em Fenômenos de Transporte e, com a apresentação do envolvimento da disciplina em importantes projetos nas diferentes áreas da Engenharia. 4 INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE

5 Em seguida, conceituaremos Fluido e seu comportamento diferenciado dos sólidos. Abordaremos por fim, Unidades e Dimensões, ferramentas indispensáveis no desenvolvimento do nosso estudo de Fenômenos de Transporte. 5 INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE

6 Como o próprio nome sugere, estuda o transporte de massa, quantidade de movimento e energia através de um meio sólido ou que deforma continuamente. 6 INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE

7 Envolve Mecânica dos Fluidos, Transferência de Calor e Termodinâmica e tem como objetivo o estudo dos mecanismos básicos para a transferência de grandezas físicas entre dois pontos do espaço. Através de modelos matemático adequados. 7 INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE

8 Transporte: Aeronaves para vôos subsônicos e supersônicos, hovercrafts, foguetes, navios, submarinos e automóveis; Meio ambiente: Dispersão atmosférica de poluentes e material radioativo. Derramamento de óleo no mar; 8 APLICAÇÕES DOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE

9 Máquinas de fluidos: Bombas, ventiladores, compressores e turbinas. Sistemas de ar condicionado e ventilação de residências, prédios comerciais e túneis subterrâneos. Sistemas circulatório e respiratório humanos; Lazer: Análise da trajetória de uma bola de futebol. 9 APLICAÇÕES DOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE

10 10 POR QUE ESTUDAR MECÂNICA DOS FLUIDOS? “Fluido é uma substância que se deforma continuamente sob a aplicação de uma tensão de cisalhamento (tangencial) não importa quão pequena ela seja.” Sólido Fluido (Líquido) Sólido Fluido (Líquido)

11 11 POR QUE ESTUDAR MECÂNICA DOS FLUIDOS? “O conhecimento e a compreensão dos princípios básicos e dos conceitos da mecânica dos fluidos são essenciais para analisar qualquer sistema no qual um fluido é o meio produtor de trabalho.”

12 12 POR QUE ESTUDAR MECÂNICA DOS FLUIDOS? Dentre os principais fluidos empregados, estão:. Água;. Ar;. Vapor de água;. Gases de combustão;. Fluidos refrigerantes.

13 FLUIDOS 13 Num líquido os grupos de moléculas movem-se uns em relação aos outros, mas o volume permanece relativamente constante devido às forças de coesão entre as moléculas. Como resultado, o líquido toma forma do recipiente no qual está contido.

14 FLUIDOS Um gás expande-se até encontrar as paredes do recipiente e preenche todo o espaço disponível. Tal fato ocorre porque as moléculas estão bastante espaçadas e as forças coesivas entre elas são muito pequenas. 14

15 SISTEMAS DE UNIDADES No estudo de um fenômeno físico lidamos com uma variedade de grandezas e destas, umas são contadas - como o número de morangos em uma caixa - outras são medidas, como o volume de água num reservatório, a massa de uma corpo sólido etc. 15

16 SISTEMAS DE UNIDADES As grandezas que são contadas não possuem dimensão porém, todas aquelas que são medidas, precisam de um padrão de comparação. 16

17 O termo dimensão é utilizado em referência a qualquer grandeza mensurável, como comprimento, tempo, temperatura, etc. As grandezas mensuráveis em geral são divididas em dois grupos: 17 SISTEMAS DE UNIDADES

18 18 SISTEMAS DE UNIDADES Grandezas fundamentais: são aquelas para as quais se estabelecem escalas arbitrárias de medida; Grandezas derivadas: são aquelas para as quais as dimensões são expressas em termos das grandezas fundamentais.

19 19 SISTEMAS DE UNIDADES Em fenômenos de transferência as grandezas fundamentais empregadas são: massa de cada componente do sistema (M); comprimento (L); tempo (T); temperatura ().

20 20 SISTEMAS DE UNIDADES Os símbolos entre parênteses não se tratam das unidades, mas sim de uma abreviação usualmente utilizada para indicar a grandeza em si. As tabelas a seguir mostram as unidades das grandezas fundamentais e daquelas definidas a partir das mesmas, do sistema internacional de unidades – SI.

21 SISTEMAS DE UNIDADES Algumas grandezas como velocidade (LT −1 ), aceleração (LT −2 ), etc. não possuem unidades com nomes padrão no SI, como é o caso, por exemplo, da unidade não-SI de velocidade, nó, utilizada em navegação. 21

22 SISTEMAS DE UNIDADES 22

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24 Conversão de Unidades: A conversão de unidades de um sistema para outro é feita facilmente se as quantidades são expressas como uma função das unidades fundamentais de massa, comprimento, tempo e temperatura. 24 SISTEMAS DE UNIDADES

25 25 GRANDEZAUNIDADES ( SI) UNIDADES ( CGS) UNIDADES ( INGLÊS, FPS) Massa ( M )Kgglbm Comprimento( L)mcmft Tempo (T)sss Temperatura(T)KKR Força (F)Kg.m/s 2 = Newtong.cm/s 2 = dynaPdl Energia (E)N. m = Joule ( J)Dyn. cm = ergPdl.ft PotênciaJ/s = Watt ( W)dyn/sPdl.s Trabalho(W)Joule.mdyn.cm = ergPdl. ft Vazão volumétrica em volume ( Qv ) m 3 /s cm 3 /s ft 3 /s Vazão em massa ( Qm)Kg/sg/sPdl/s Velocidade ( v)m/scm/sft/s

26 26 GRANDEZA SISTEMA GRAVITACIONAL INGLÊS SISTEMA MKS TÉCNICO Força ( F)lbfKgf Comprimento (L)ftm Tempo (T)ss Temperatura (θ)RK Massa (M)slugutm Energia (E)lbf.ftKgf.m PotênciaLbf.ft/sKgf.m/s Velocidadeft/sm/s Vazão em volume (Q) ft 3 /s m 3 /s

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28 28 Fazer as transformações solicitadas:

29 ANÁLISE DIMENSIONAL Qualquer equação para ser consistente, precisa apresentar homogeneidade dimensional, ou seja, precisa apresentar as mesmas dimensões em cada termo e, consequentemente, em cada lado da equação. 29

30 ANÁLISE DIMENSIONAL APLICAÇÃO 1: Verifique a homogeneidade dimensional na equação V = Vo + a.t Avaliando as dimensões de cada grandeza envolvida : 30

31 ANÁLISE DIMENSIONAL 31 GRANDEZA DIMENSÃO VELOCIDADE (V)L/T VELOCIDADE INICIAL (V O )L/T ACELERAÇÃO (a) L/ T 2 TEMPO (t)T Substituindo na equação as dimensões de cada grandeza: L /T [ = ] L / t + L / t 2. t onde se conclui que : L /t [ = ] L / t + L / t Observamos que todos os termos da equação têm a mesma dimensão e assim também cada lado o que a torna uma equação dimensionalmente homogênea.

32 FENOMENOS DE TRANSPORTE LUCIANA BARREIROS DE LIMA AULA 01 - ATIVIDADE

33 33 U = 3V [ 1 – ( y/ h) 2 ] 2 onde U é a velocidade de escoamento em camadas distintas, V é a velocidade média de escoamento, y e h são cotas indicadas na figura. Vamos listar todas as grandezas envolvidas na equação e suas dimensões.

34 Resolvendo o produto, temos: U = 3V - 3 V ( y / h) 2 2 2 Substituindo as grandezas por suas dimensões: L/T [=] L/T - L/T ( L / L ) 2, logo todos os termos da equação tem como dimensão L/t, o que comprova a homogeneidade dimensional da equação. 34

35 FIM 35