Professora: Érica Cristine (erica@ccta.ufcg.edu.br )

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?

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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!!!