Apresentação do PowerPoint

Fenômenos de
Transporte
Aula 1
Luciana Barreiros de Lima
INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE
TRANSPORTE
Objetivos
– Conceituar Fenômenos de Transporte;
– Apresentar aplicações de Fenômenos de
Transporte
em
diferentes
áreas
da
Engenharia.
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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.
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INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE
TRANSPORTE
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.
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INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE
TRANSPORTE
Em seguida, conceituaremos Fluido e seu
comportamento diferenciado dos sólidos.
Abordaremos por fim, Unidades e Dimensões,
ferramentas
desenvolvimento
indispensáveis
do
nosso
Fenômenos de Transporte.
estudo
no
de
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INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE
TRANSPORTE
Como o próprio nome sugere,
transporte
de
massa,
estuda o
quantidade
de
movimento e energia através de um meio
sólido ou que deforma continuamente .
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INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE
TRANSPORTE
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.
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APLICAÇÕES DOS FENÔMENOS DE
TRANSPORTE
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;
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APLICAÇÕES DOS FENÔMENOS DE
TRANSPORTE
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.
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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)
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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.”
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POR QUE ESTUDAR MECÂNICA DOS
FLUIDOS?
Dentre os principais fluidos empregados,
estão:
. Água;
. Ar;
. Vapor de água;
. Gases de combustão;
. Fluidos refrigerantes.
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FLUIDOS
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.
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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.
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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.
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SISTEMAS DE UNIDADES
As grandezas que são contadas não possuem
dimensão porém, todas aquelas que são
medidas, precisam de um padrão de
comparação.
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SISTEMAS DE UNIDADES
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:
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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.
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SISTEMAS DE UNIDADES
Em fenômenos de transferência as
grandezas fundamentais empregadas são:
• massa de cada componente do sistema
(M);
• comprimento (L);
• tempo (T);
• temperatura (ϴ).
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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.
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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.
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SISTEMAS DE UNIDADES
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23
SISTEMAS DE UNIDADES
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.
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UNIDADES (
UNIDADES
GRANDEZA
UNIDADES ( SI)
Massa ( M )
Kg
g
lbm
Comprimento( L)
m
cm
ft
Tempo (T)
s
s
s
Temperatura(T)
K
K
R
Força (F)
Kg.m/s2 = Newton
g.cm/s2 = dyna
Pdl
Energia (E)
N. m = Joule ( J)
Dyn . cm = erg
Pdl.ft
Potência
J/s = Watt ( W)
Trabalho(W)
Joule.m
CGS)
( INGLÊS, FPS)
dyn/s
dyn.cm = erg
Pdl.s
Pdl . ft
Vazão volumétrica em volume (
Qv )
m3/s
cm3/s
ft3/s
Vazão em massa ( Qm)
Kg/s
g/s
Pdl/s
Velocidade ( v)
m/s
cm/s
ft/s
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GRANDEZA
SISTEMA GRAVITACIONAL
INGLÊS
SISTEMA MKS TÉCNICO
Força ( F)
lbf
Kgf
Comprimento (L)
ft
m
Tempo (T)
s
s
Temperatura (θ)
R
K
Massa (M)
slug
utm
Energia (E)
lbf.ft
Kgf.m
Lbf.ft/s
Kgf.m/s
ft/s
m/s
Potência
Velocidade
3
3
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Comprimento
Massa
1
1
1
1
1 kg = 1000 gr = 2.2 lbm
1 ton = 1000 kg = 2205 lb
1 slug (sist. Inglês) = 14.59 kg
kilometro (km) = 1000 m = 0.62 milhas
polegada (1 in) = 2.54 cm
pé (1 ft) = 30.48 cm= 12 in
angstrom (1 Å) = 10-8 cm = 10-10 m
Área
Força
1 km2 = 106 m2 = 0.386 mi2 = 247 acres
1 ft2 = 929 cm2 = 0.093 m2= 144 in2
1 Newton (1 N) = 105 dyn =0,225 lbf
1 Kgf = 9,81 N
Volume
1
1
1
1
1
1
m3 = 106 cm3
litro = 1000 cm3 = 1 dm3 = 0.001 m3
gal (USA) = 3.78 L e 1 (UK) = 4.54 L
barril (petróleo) = 0.16 m3
polegada cúbica (1 in3) = 16.39 cm3
ft3 = 1728 in3 = 28.32 L = 0.028 m3
Tempo
1 hora = 60 min = 3600 s
Pressão
1 pascal (1 Pa) = 1 N/m2
1 atm = 1.013.10 N/m2 =101.3 kPa = 1.01325 bar=
760 mmHg = 14.7 lb/pol2
1 torr = 1 mmHg = 133,3 Pa
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Energia
1 J = 1 Watt.seg = 1 N m = 107erg
1 caloria = 4,18 Joule = 0,004 Btu
1 lbf.ft = 1,36 J
1 Btu = 778 lbf.ft = 1055 J
Potência
1 HP = 745.7 Watts
1 W = 1 J/s
1 Btu/h = 0.29 W e 1 Btu/s = 1055 W
Temperatura
T( oC) = 0.556´[T(oF) – 32]
T(Kelvin) = T( oC) + 273
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Fazer as transformações solicitadas:
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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.
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ANÁLISE DIMENSIONAL
APLICAÇÃO 1:
Verifique
equação
a homogeneidade dimensional na
V = Vo + a.t
Avaliando as dimensões de cada grandeza
envolvida :
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ANÁLISE DIMENSIONAL
GRANDEZA
DIMENSÃO
VELOCIDADE (V)
L/T
VELOCIDADE INICIAL (VO)
L/T
ACELERAÇÃO (a)
L/ T2
TEMPO (t)
T
Substituindo na equação as dimensões de cada grandeza:
L /T [ = ] L / t + L / t2 . 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.
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FENOMENOS DE
TRANSPORTE
AULA 01 - ATIVIDADE
LUCIANA BARREIROS DE LIMA
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.
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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.
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