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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar Unidade Acadêmica de Ciências e Tecnologia Ambiental. Fenômenos de Transporte I Aula teórica 01. Professora: Érica Cristine ( [email protected] ) Curso: Engenharia Ambiental e de Alimentos . - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Professora: Érica Cristine ([email protected] )
Curso: Engenharia Ambiental e de Alimentos
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDECentro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar
Unidade Acadêmica de Ciências e Tecnologia Ambiental
Fenômenos de Transporte I Aula teórica 01
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Introdução à Fenômenos de Transporte e à Mecânica dos Fluidos
Fenômenos de TransporteEstuda transferência de grandezas físicas
entre dois pontos do espaçosTransporte de momento Dinâmica dos fluidosTransporte de energia Transferência de calorTransporte de massa Transferência de massa
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Seguem princípios análogos tratamento matemático análogoPor que são
estudados juntos?
Freqüentemente aparecem juntos em muitas áreas da indústria, biologia, meio
ambiente, etc
Fenômenos de Transporte
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É uma disciplina fundamental em várias áreas da engenharia, em
particular aquelas que envolvem processos de transformação da
matéria, como engenharia química, engenharia de materiais e engenharia de alimentos (Canedo,
2010)
Aplicações na engenhariaEngenharia sanitária e ambiental
Difusão de poluentes no ar, na água e no solo
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Aplicações na engenhariaEngenharia civil e arquitetura
Base dos estudos de hidráulica e hidrologiaConforto térmico em edificações
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Aplicações na engenhariaEngenharia mecânica
Processos de usinagem, processos de tratamento térmico, cálculo de máquinas hidráulicas, transferência de calor das máquinas térmicas e frigoríficas e Engenharia aeronáutica
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Aplicações na engenhariaEngenharia elétrica e eletrônica
Importante nos cálculos de dissipação de potência, seja nas máquinas produtoras ou transformadoras de energia elétrica, seja na otimização do gasto de energia nos computadores e dispositivos de comunicação
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Aplicações na engenhariaEngenharia química e de alimentos
Base das operações unitárias (etapa básica de um processo, ex.: na produção do leite homogeneização, pasteurização, resfriamento e empacotamento)
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Transferência de calor,
Transferência de massa, e
escoamento de fluido
Ou Seja:Nos problemas mais
importantes, tais como:Produção de energiaProdução e conservação de
alimentosObtenção de água potávelPoluiçãoProcessamento de
minériosDesenvolvimento
industrialAplicações da Engenharia
à Medicina
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Sempre aparecem cálculos de:Perda de cargaForças de arrasteTrocas de calorTroca de
substâncias entre fases
Torna-se importante o conhecimento global
das leis tratadas no que se denomina
Fenômenos de Transporte.
O que vamos estudar?Fundamentos de mecânica dos fluidos. Introdução à estática dos fluidos. Formulação integral e diferencial das
equações de transporte de massa, energia e quantidade de movimento.
Análise dimensional e semelhança. Escoamento incompressível de fluidos ideais
e viscosos. Regime laminar e turbulento, escoamento
interno e externo.11
Ementa
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MECÂNICA DOS FLUIDOS
O QUE É MECÂNICA??? O QUE É
FLUIDO?
MECÂNICACiência que estuda o equilíbrio e o movimento de corpos sólidos, líquidos e gasosos, bem como as causas que provocam este movimento;
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Mecânica dos fluidos estudo de fluidos em movimento ou em repouso
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FLUIDO FLUÍDO
Particípio do verbo fluir
Por que estudarMecânica dos Fluidos?
O conhecimento e entendimento dos princípios e conceitos básicos
da Mecânica dos Fluidos são essenciais na análise e projeto de
qualquer sistema no qual um fluido é o meio atuante
Por que estudarMecânica dos Fluidos?
O projeto de todos os meios de transporte requer a aplicação dos princípios de mecânica dos fluidos:as asas de aviões para vôos subsônicos e
supersônicosmáquinas de grande efeitoaerobarcospistas inclinadas e verticais para decolagemcascos de barcos e naviosprojetos de submarinos e automóveis
Por que estudarMecânica dos Fluidos?Projeto de carros e barcos de corrida
(aerodinâmica);Sistemas de propulsão para vôos espaciais;Sistemas de propulsão para fogos de artifício;Projeto de todos os tipos de máquinas de fluxo
incluindo bombas, separadores, compressores e turbinas;
Lubrificação;Sistemas de aquecimento e refrigeração para
residências particulares e grandes edifícios comerciais;
ExemploO desastre da ponte sobre o estreito de
Tacoma (1940) evidencia as possíveis conseqüências que ocorrem, quando os princípios básicos dos Fenômenos do Transprote são negligenciados;
A ponte suspensa apenas 4 meses depois de ter sido aberta ao tráfego, foi destruída durante um vendaval;
Inicialmente, sob a ação do vento, o vão central pôs-se a vibrar no sentido vertical, passando depois a vibrar torcionalmente, com as torções ocorrendo em sentido oposto nas duas metades do vão. Uma hora depois, o vão central se despedaçava
Ponte de Tacoma vibrando no modo longitudinal.
Ponte de Tacoma vibrando no modo torsional.
ExemploO sistema de circulação do sangue
no corpo humano é essencialmente um sistema de transporte de fluido e como conseqüência o projeto de corações e pulmões artificiais são baseados nos princípios da Mecânica dos Fluidos;
O posicionamento da vela de um barco para obter maior rendimento com o vento e a forma e superfície da bola de golfe para um melhor desempenho são ditados pelos mesmos princípios.
Pequena revisão histórica O que estimulou o desenvolvimento da ciência
na antiguidade?Sistemas de distribuição de águaProjetos de barcos e naviosDispositivos para a guerra (como flechas e
lanchas)
Pequena revisão histórica Primeiros escritos
Archimedes – matemático e inventor grego (287 - 212 AC)
Estabeleceu os princípios básicos do empuxo e da flutuação
Pequena revisão histórica Romanos – sistemas de distribuição de água
entre o quarto século AC até o período inicial CristãoSextus Julius Frontini– engenheiro romano(40 -
103)Descreveu detalhadamente estes sistemas
Pequena revisão histórica Século XV
Leonardo da Vinci – Polímata italiano (1452 – 1529)
Descreveu através de esquemas e escritos muitos fenômenos envolvendo escoamentos
Galileu Galilei – Físico, matemático, astrônomo e filosofo italiano (1564 - 1642)
Estimulou a experimentação em hidráulica
cientista, matemático, engenheiro, inventor,
anatomista, pintor, escultor, arquiteto, botânico, poeta e
músico.
Pequena revisão histórica Séculos XVII a XVIII -> progressos teóricos e
matemáticosIsaac Newton (1642 – 1727)Daniel Bernoulli (1700 – 1782)Leonhard Euler (1707 – 1783)Jean le Rond d´Alember (1717 – 1783)
Pequena revisão histórica Séculos XIX-> muitas contribuições e
refinamentos
Século XX
Hidrodinâmica Hidráulica
Estudo teórico e matemático
Aspectos aplicados e experimentais
Altamente desenvolvidas tentativas de unificação
alemão Ludwig Prantl (1875 – 1973) Desenvolveu o conceito da camada limite fluida base para reunificação considerado fundador da mecânica dos fluidos moderna
A tecnologia da mecânica dos fluidos continua evoluindo?
Escoamento em tubulação, força em um represa centenas de anos
MAS novas áreas de pesquisa em desenvolvimento
A tecnologia da mecanica dos fluidos continua evoluindo?CARENAGEM otimizar a performance de
deslocamento rápido do veiculo no meio fluidoEm carros de corridaEm aerobarcosEm ultralevesEm motos
Rolamentos fluidodinâmicos recentemente utilizados em aparelhos como o de mp3, tornando-o mais resistentes a danos, menores e menos ruidosos
A tecnologia da mecanica dos fluidos continua evoluindo?Pequeno avião desenvolvido pelos engenheiros da
Flórida que muda a forma de suas asas durante o vôo
Novos campos de aplicação da mecânica dos fluidosMeio ambiente e energia
Contenção de derramamento de óleosTurbinas eólicas de grande escalaGeração de energia a partir das ondas do
oceanoAspectos aerodinâmicos de grandes edificaçõesMecânica dos fluidos de fenômenos atmosféricos
como tornados, furacões, tsunamis
Novos campos de aplicação da mecânica dos fluidosBiomecânica
Corações, válvulas, e outros órgãos artificiaisCompreensão da mecânica dos fluidos do
sangueLíquido sinovial das juntasO sistema respiratórioO sistema circulatórioO sistema urinário
Novos campos de aplicação da mecânica dos fluidosEsportes
Projeto de bicicletas e capacetes de bicicletas, esquis, vestimentas para corrida e natação
Em 2008 17 recordes mundiais quebrados em um mês, 16 deles por nadadores com
um novo macacão desenvolvido pela Speedo em parceria com a NASA, que
diminui em 5% o atrito com a água
Novos campos de aplicação da mecânica dos fluidosEsportes
A aerodinâmica de bolas de golfe, tênis e futebolo pesquisador de mecânica dos fluidos da NASA, Rabi Mehta, comprovou que a bola
dança quando é chutada com força a maneira inusitada como a bola é construída
e as ranhuras que cobrem parte de sua superfície criam um fluxo aerodinâmico
assimétrico ao redor da Jabulani quando ela ultrapassa a velocidade de 73 Km/h. Como resultado, a bola sofre pequenas alterações aleatórias em sua trajetória, suficientes para
desnortear os goleiros.
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Novos campos de aplicação da mecânica dos fluidosFluidos inteligentes
Em sistemas de suspensão automotiva para otimizar o movimento sobre todas as condições do terreno
Uniformes militares contendo uma camada de fluido que é “mole” até o combate, quando então pode tornar-se firme para dar força e proteção ao soldado
Líquidos de lentes com propriedades parecidas às humanas para uso em câmaras e telefones celulares
MicrofluidosAplicações extremamente precisas de
medicações
Como estudar mecânica dos fluidos?
LEIA MUITO
Reflita
LEIA DE NOVO
EXERCITE!!!!!! RESOLVA
PROBLEMAS
Como estudar mecânica dos fluidos? RESOLVENDO
PROBLEMAS
1. Estabeleça de forma breve a informação dada2. Identifique aquilo que deve ser encontrado3. Faça um desenho esquemático4. Apresente as formulações matemáticas necessárias5. Relacione as hipóteses simplificadoras apropriadas6. Complete a análise algebricamente antes de introduzir os
valores numéricos7. Introduza os valores numéricos (usando um sistema de
unidades consistente)8. Verifique a resposta e reveja se as hipóteses feitas são
razoáveis9. Destaque a resposta
Como estudar fenômenos do transporte (BSL seção 0.4)?
• Estude sempre com lápis e papel na mão; escreva com detalhe todos os estágio resumidos no desenvolvimento que se encontra em textos ou notas
• Sempre que necessário consulte os textos de matemática para rever conhecimentos de cálculo que você já estudou
• Procure sempre um significado físico para todos os resultados obtidos; crie o hábito de relacionar idéias físicas às equações matemáticas
• Pergunte-se sempre se os resultados obtidos são razoáveis. Se a sua intuição não concordar com algum resultado, é importante saber o que está errado: o resultado ou a sua intuição
• Crie o hábito de verificar as dimensões e unidades de todos os resultados obtidos. Esta é uma maneira muito boa de localizar erros nos desenvolvimentos matemáticos
ATIVIDADE PARA CASA
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ESTUDE:DEFINIÇÃO DE FLUIDO
HIPÓTESE DO CONTÍNUO
PRÓXIMA AULA!!!