aula 1 2012

2012 FACULDADE DE CIENCIAS APLICADAS - UNICAMP

FENÔMENOS DE TRANPORTE

AULA 1


Ementa

○Manometria

○Balanços integrais

○Balanços diferenciais

○ Sistema e análise dimensional. ○Correlações para transporte laminar e

turbulento (transferência molecular e

convectiva de quantidade de

movimento, calor e massa).


Referências Bibliográficas

○ Bibliografia sugerida

● Introdução à Mecânica dos Fluidos, Robert W. Fox & Alan T. McDonald.

●Mecânica dos Fluidos, Frank White. (http://www.filecrop.com/mecanica-de-fluidos-Frank-M.-White.html)

● Fundamentos De Transferência de Calor e de

Massa, Frank P. Incropera & David P. de Witt ( http://www.4shared.com/zip/X3mwyCVc/incropera_-_fundamentos_transf.html

). Este livro tem solucionário de exercícios na

rede.

http://www.4shared.com/zip/X3mwyCVc/incropera_-_fundamentos_transf.html


Bibliografia adicional

○ BENNET, C. O. & MYERS, J. E. Fenômenos de

Transporte. Trad. Eduardo Walter Leser... (et alii). São Paulo. Mc Graw - Hill, 1978, 812p.

○ SISSOM, Beighton E. & PITTS, Donald R. Fenômenos de

Transporte Trad, Adir M, Luiz Rio de Janeiro,

Guanabara dois, 1979, 765p.○ BIRD, R, B, et alli. Fenômenos de Transporte.Trad, Fidel

Mafo Vázques. Espanha, Reverté. 1978.○WELTY, J.R., WICKS, C.E. E WILSON, R.E.Fundamentals

of Momentun, Heat, and MassTransfer, 3a. ed. Ed. John Wiley & Sons, Inc.1969. 803p.


Datas Teórica

Aula 1 (01/03) Tópico 1- ASP

Aula 2 (08/03) Tópico 2- ASP

Aula 3 (08/03) Tópico 3 ( a tarde)- ASP

Aula 3 (15/03) Tópico 4 - ASP

Aula 4 (22/03) Tópico 5 - ASP

Aula 5 (29/03) Prova 1

(05/04) Não haverá aula

Aula 6 (12/04) Tópico 6 - JC

Aula 7 (19/04) Tópico 7 -JC

Aula 8 (26/04) Tópico 7-JC


Aula 10(10/05) Tópico 8-JC



Aula 13 (31/05) Resolução de exercícios

Aula 14 (07/06) Resolução de exercícios

Aula 15 (14/06) Prova 2

Aula 16 (21/06) Aula de dúvidas

Aula 17 (28/06)

Aula 18 (12/07) Exame final


Papéis na aprendizagem

○ Professor

● Preparação da aula: criar uma situação que desperte um conflito

conceitual ou destaque um fenômeno que precisará ser examinado

de forma inédita pelo aluno. Pensar nas perguntas que deverá fazer aos alunos e nas possíveis explicações e respostas que

poderão ser levantadas pelos alunos.

● Durante a aula: Solicitar a atenção dos alunos para a construção da teoria científica. Quando equações matemáticas forem deduzidas,

é particularmente importante que os alunos percebam a importância

de cada passagem algébrica no procedimento de dedução.

● Após ou durante a aula: aplicação dos novos conceitos:a partir de

uma série de problemas


Papéis na aprendizagem

○Aluno

● “O aprendizado do aluno é fortemente dependente do esforço

individual. O que faz a diferença é a participação ativa do

aluno nas aulas, mesmo que resolvendo os exercícios de

forma errada, com dúvidas e discutindo com seus colegas. (...) Já passou o tempo em que o ensino era transpor as

informações em uma única via. Hoje o ensino é centrado no

processo de aprendizagem, seja por parte do professor ou dos

alunos.” adaptado de Braga, W. em Transmissão de calor.

● “Pela primeira vez na história da humanidade, a maioria das competências

adquiridas por uma pessoa no início de seu percurso

profissional estarão obsoletas no fim de sua carreira.” - Lévy, P. em Cibercultura. Editora 34 1999, p.157.


Dicas

○A retenção de informações será maior e mais

proveitosa se tentarmos sempre unir as novas

informações às já conhecidas. ● Ao ler um determinado capítulo, procure vinculá-lo a

outros assuntos de outras matérias ou de sua vida

pessoal. Exercite isso em situações cotidianas...pode ser

motivo para um bom papo.● Procure seguir a programação da disciplinas. Entre no

EA, veja o material disponível, faça os exercícios de

preparação antes de cada aula. Procure responder às

perguntas do professor. Use a aula a seu favor.


Resolução dos problemas○ 1. Transcreva em linguagem matemática o enunciado do

problema, de forma clara e organizada

○ 2. Escreva o que deve ser encontrado.

○ 3. Desenhe um esquema do processo físico.● Represente a superfície de controle por uma linha tracejada e identifique

os processos de transferência.

○ 4. Liste as hipóteses pertinentes para simplificação do

problema.

○ 5. Obtenha todos os valores das propriedades de tabelas e

gráficos, descrevendo a fonte, unidade e a condição procurada.

● Ex. µágua

(20oC)= 0,0001 kgf/s m2......(Tabela 1)

○ 6. Analise. Desenvolva a equação da melhor maneira possível antes de substituir os valores numéricos.


Introdução

○ Fenômenos de transporte: explicados a partir de três

grandezas físicas que se conservam (m, E e QM).●Mecânica dos fluidos: análise e projeto de qualquer sistema

no qual um fluido é o meio atuante.● Estudo do comportamento de um furacão

● Fluxo de água através de um canal (p ex.sangue)● Projetos de meios de transporte e pistas, pontes (problemas de

aerodinâmica)● Esporte com melhor performance (futebol, golfe, barco a vela)

● Transferência de calor e massa

● Produção de energia

● Produção e conservação de alimentos

● Processos em geral


Para Engenheiros de Produção e

Manufatura

○ problemas de transporte de fluidos

● produção de energia hidrelétrica

● avaliação de tráfego

○ problemas de transporte de energia

● dissipação de calor em circuitos eletrônicos

● avaliação da economia em plantas industriais

○ projeto de equipamentos

●Motores, refrigeradores, bombas, filtros...● Sistemas de controle


Revisão de conceitos matemáticos

○Grandeza escalar: módulo

○Grandeza vetorial: módulo, direção e

sentido

○Grandeza tensorial: módulo, direção e

sentido nas três direções. São necessárias 9 quantidades para

especificar o estado de tensão de

algum fluido.


Fenômenos de transferência

○Conservação regida por uma única lei, que

aplicada a um volume de controle pode ser

enunciada genericamente como

● E + G = A + S

○ Similaridade entre os fenômenos de

transferência

● Tendência ao equilíbrio

● Força motriz

●Movimento pode ocorrer sob forma difusiva (T. molecular) e/ou convectiva


Processos de transferência

○Difusão: movimento aleatório de

moléculas que transferem energia por

colisões moleculares. Afeta a distribuição da quantidade transportada em todas

as direções.○Convecção: mecanismo de transferência

resultante do movimento macroscópico de fluidos. Afeta a distribuição da

quantidade transportada na direção do

escoamento


Teorias utilizadas

○ Principais problemas na validação das

teorias existentes:●Geometria

● Viscosidade


Transporte molecular: Força motriz

○Calor

○

○

○Massa

○

○

○Movimento

∇ T=∂T∂ x

i⃗+∂T∂ y

j⃗+∂T∂ z

k⃗

∇C=∂C∂ x

i∂C∂ y

j∂C∂ z

k

∇ =∂ x

∂ xi

∂ y

∂ yj

∂ z

∂ zk


Constantes de proporcionalidade: Transporte molecular

Difusividade [m2/s] dependência

movimento ν f (T, material)

térmica α f (T, material)

massa DAB

f (T, p, y)


Equações gerais

○ De movimento (lei de Newton)● ou = viscosidade cinemática

○ De massa (lei de Fick)

● ou DAB= difusividade mássica

○ De calor (lei de Fourier)● ou = difusividade térmica

zx=−d uxdz

zx=−d .ux dz

J z=− DAB

d x Adz

J z=−DAB

d dz

qzA

=−kd Tdz qz=−

d C pT dz

quantidadem² s

=constante. forca dirigenteresistência


Definição

○O que é um fluido?

● Aos alunos:● Dêem exemplos de fluidos: ● A partir dos exemplos, apresente uma definição de fluidos.

● Experimento: avalie o comportamento de alguns

materiais.


Campo de tensões

○ Tensão: resulta das forças agindo em

alguma parte do meio. Assim, a

tensão em um ponto é o valor

limite da relação entre F e A,

quando esta tende a zero (escreva isso na forma matemática)● Tensão normal

● Tensão de cisalhamento (tangencial)


Transferência de movimento

○ Lei de Newton: gradiente de

velocidade

● o fluido em contato com a placa superior

origina uma força de mesma direção e

intensidade, porém sentido contrário a força

responsável pelo movimento (força de

resistência viscosa - cisalhamento)‏

zx=−d uxdz


Características do fluido


zx=−d uxdz

=−d uxdz

○A lei da viscosidade de Newton pode

ser usada para quantificar o

movimento do fluidoQuantidade de movimento


zx=−d uxdz

=−d uxdz

○A lei da viscosidade de Newton pode

ser usada para quantificar o

movimento do fluido

○

○

●Obs: Viscosidade aparente: presente na

Power law: ajuste da equação de Newton

a fluidos não newtonianos.

Quantidade de movimento

Viscosidade cinemática (m2/s)


Propriedades dos fluidos

○Densidade ou massa específica

○

○

● Densidade relativa

● Sem unidade. Mede a densidade de um líquido em relação a outro em condição específica (normalmente água)

○ Peso específico

ρ=mV

γ=ρg=m gV


Pressão de vapor

○A pressão parcial da fase de vapor

em equilíbrio com a fase liquida de

uma substância a uma determinada

temperatura.● Líquido em ebulição: P

local Pv na mesma

temperatura. Ou seja, para provocar

ebulição:●1. Aumentar sua temperatura

●2. Diminuir a pressão local

aula 1 2012

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