FT4_Aula 1

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Fenômenos de Transporte 4
APRESENTAÇÃO E 
INTRODUÇÃO
Suzan Aline Casarin
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
Departamento de Engenharia Química
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OBJETIVO PRINCIPAL
A disciplina Fenômenos de Transporte 4 tem como
objetivo transmitir aos estudantes os princípios básicos e
os conceitos de Mecânica dos Fluidos, que são essenciais
na análise e projeto dos sistemas em que o fluido é o
meio atuante.
Ajuda na compreensão e solução dos problemas que
envolvem escoamento de fluidos, transporte de calor e
transferência de massa.
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TÓPICOS A SEREM ABORDADOS NA DISCIPLINA
 Apresentação da disciplina
 Sistemas de unidades
 Equações básicas da estática de fluidos
 Reologia dos fluidos: newtonianos e não-
newtonianos
 Tipos de escoamento. Experiência de Reynolds
 Balanço global de massa
 Balanço global de energia
 Balanço global de quantidade de movimento
 Balanço diferencial de massa
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 Balanço diferencial de quantidade de
movimento.
 Conceitos de turbulência: Distribuição de
velocidade no escoamento turbulento
 Determinação dos perfis de velocidade para o
escoamento turbulento em dutos cilíndricos
(Laboratório)
 Camada limite
 Fator de atrito. Equações de projeto
 Determinação do fator de atrito em tubos de
seção circular (Laboratório)
 Análise dimensional.
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BIBLIOGRAFIA BÁSICA
1 - Çengel, Y. A., Cimbala, J. M. - Mecânica dos Fluidos: Fundamentos e
Aplicações, McGraw Hill, São Paulo, 2007.
2 - White, F. M. - Mecânica dos Fluidos, 6th ed. McGraw Hill, AMGH, Porto
Alegre, 2011.
3 - Potter, M. C. e Wiggert D. C., Mecânica dos fluidos, Ed. Thonson, 2004
4 - FOX, R.W. e McDONALD, A.T. - Introdução à Mecânica dos Fluidos,
Ed. Guanabara Dois,1981.
5 - WELTY,J.R., WICKS,C.E. e WILSON,R.E. - Fundamentals of
Momentum, Heat and Mass Transfer, 3rd Ed. - John Wiley, 1984.
6 - BIRD, R.B., STEWART, W.E., LIGHFOOT, E.N. - Fenômenos de
Transporte, Ed. Reverté S.A.,1975.
7 - Roma, W. N. L. Fenômenos de transporte para a Engenharia. Segunda
edição, Rima editora, 2006.
8 - BENNETT, C.O. e MYERS, J.E. - Fenômenos de Transporte, McGraw
Hill do Brasil, 1978.
9 - SISSON, L.E. e PITTS, D.R. - Fenômenos de Transporte, Guanabara
Dois, R.de Janeiro, 1979.
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PROCESSO DE AVALIAÇÃO 
1ª Avaliação + 2ª Avaliação + 3ª Avaliação = 90%
MP = (P1 x 0,30) + (P2 x 0,30) + (P3 x 0,30) 
T = Média das Listas de Exercícios feitas em sala +
Relatórios = 10%
MF = (MP*0,9) + (T*0,1) 
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CRITÉRIOS DE APROVAÇÃO
MF deve ser ≥ 6,0 e o aluno deve apresentar, no
mínimo, 75% de frequência.
Se o aluno(a) obtiver 5,0 < MF < 6,0, terá direito a 
uma avaliação complementar que será realizada 
após o término do período letivo e até 35 dias do 
início do período letivo subsequente
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DATAS IMPORTANTES 
 23/09 – 1ª Avaliação
 14/10 – Aula prática
 21/10 – Aula livre (Elaboração dos relatórios)
 28/10 – 2ª Avaliação
 04/11 – Feriado
 02/12 – 3ª Avaliação
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A mecânica dos fluidos 
trata de líquidos e gases 
em movimento ou em 
repouso.
Mecânica: é a ciência física mais antiga 
que trata de corpos tanto estacionários 
como em movimento sob a influência de 
forças.
Estática: O ramo da mecânica que trata 
dos corpos em repouso.
Dinâmica: O ramo da mecânica que trata 
dos corpos em movimento.
Mecânica dos fluidos: Ciência que trata 
do comportamento dos fluidos em 
repouso (estática dos fluidos) ou em 
movimento (dinâmica dos fluidos), e da 
interação entre fluidos e sólidos ou 
outros fluidos nas fronteiras. 
Dinâmica dos fluidos: Considera os 
fluidos em repouso como um caso 
especial de movimento com velocidade 
zero.
INTRODUÇÃO 
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Hidrodinâmica: O estudo do movimento dos fluidos que
são praticamente incompressíveis (tais como líquidos,
especialmente água e gases em baixa velocidade).
Hidráulica: Uma subcategoria da hidrodinâmica, que trata
do escoamento dos líquidos em tubulações e canais
abertos.
Dinâmica dos gases: Trata do escoamento dos fluidos
que sofrem mudanças de densidade significativas, como
o caso do escoamento de gases em alta velocidade
através de bocais.
Aerodinâmica: Trata do escoamento de gases
(especialmente ar) sobre corpos tais como aeronaves,
foguetes e automóveis em velocidades altas ou baixas.
Meteorologia, oceanografia e hidrologia: Tratam de
escoamentos que ocorrem naturalmente.
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O que é fluido?
Fluido: Uma substância no estado líquido ou gasoso.
Um material sólido resiste à tensão de cisalhamento
aplicada deformando-se.
O fluido deforma-se continuamente sob influência da
tensão de cisalhamento, não importando quão pequena ela
seja.
Nos sólidos, a tensão é proporcional à deformação,
mas nos fluidos, a tensão é proporcional à taxa de
deformação.
Quando uma força de cisalhamento constante é
aplicada, o sólido eventualmente para de deformar-se,
enquanto o fluido nunca pára e a taxa de deformação tende
para um certo valor.
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Deformação de uma borracha escolar posicionada 
entre duas placas paralelas sob a influência de 
uma força de cisalhamento.
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Tensão: Força por unidade de área.
Tensão normal: Componente normal da
força que atua sobre a superfície por
unidade de área.
Tensão de Cisalhamento: Componente
tangencial da força que atua sobre uma
superfície por unidade de área.
Pressão: Tensão normal em um fluido
em repouso.
Tensão de cisalhamento nulo: Fluido
em repouso quando as paredes
eliminam a tensão de cisalhamento.
Quando as paredes são
removidas ou o recipiente do líquido é
inclinado, desenvolve-se uma tensão e
o líquido esparrama-se ou move-se para
manter a superfície livre na horizontal.
Tensão normal e tensão de
cisalhamento na superfície
de um elemento de fluido. No
caso de fluido em repouso, a
tensão de cisalhamento é
nula e a pressão é a única
tensão normal.
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Áreas de aplicação da Mecânica dos Fluidos
Mecânica dos fluidos é 
usada constantemente no 
design de coração artificial. 
Usinas termoelétricas
Escoamentos naturais 
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Embarcações Aeronaves e espaçonaves
Corpo humano Automóveis
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Aplicações industriais
Turbina eólicas Sistemas de tubulação e 
encanamentos
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CLASSIFICAÇÃO DE ESCOAMENTOS DE FLUIDOS
 Escoamento Viscoso vs Não Viscoso
 Escoamento Interno vs Externo
 Escoamento Compressível vs Incompressível
 Escoamento Laminar vs Turbulento
 Escoamento Natural (ou Não Forçado) vs
Forçado
 Escoamento em Regime Permanente vs Regime
não Permante
Viscosidade: resistência interna ao escoamento
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Escoamentos Uni, Bi e Tridimensionais
O escoamento é melhor caracterizado pela
distribuição de velocidade.
O escoamento é dito ser uni, bi ou tridimensional se
a velocidade do escoamento varia basicamente em uma,
duas ou três dimensões, respectivamente.
A variação de velocidade em certas direções pode
ser pequena em relação à variação em outras direções e
pode ser ignorada com erro desprezível.
O escoamento sobre a antena 
do automóvel é 
aproximadamente 
bidimensional exceto próximo 
ao topo e à base da antena.
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Desenvolvimento do perfil da velocidade num cano
circular. V = V(r,z) e, portanto, o escoamento é
bidimensional na região da entrada e torna-se
unidimensional a jusante quando o perfil de velocidade
desenvolve-se completamente e permanence sem
mudança na direção do escoamento, V = V(r).
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SISTEMA: Quantidade de matéria ou região do espaço
escolhida para estudo.
VIZINHANÇA: A massa ou região fora do sistema.
FRONTEIRA: Superfície real ou imaginária que separa o
Sistema de sua vizinhança.
A fronteirado Sistema pode ser fixa ou móvel.
SISTEMA E VOLUME DE CONTROLE
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SISTEMA FECHADO (Massa de
controle): Consiste em uma
quantidade fixa de massa, e nenhuma
quantidade de massa pode cruzar sua
fronteira.
 A energia sob forma de calor pode
cruzar a fronteira de controle.
Os sistemas podem ser considerados fechados ou abertos.
SISTEMA ABERTO (volume de
controle): Uma região do espaço
selecionada apropriadamente. Em geral
compreende um dispositivo que inclui
escoamento de massa, tal como
compressor, turbina ou bocal.
 Massa e energia podem cruzar a
fronteira do volume de controle.
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Qualquer quantidade física pode ser caracterizada
por dimensões.
As grandezas designadas para dimensões são
chamadas de unidades.
Algumas dimensões básicas como massa m,
comprimento L, tempo t, e temperatura T são escolhidas
como dimensões primárias ou fundamentais, enquanto
outras como velocidade V, energia E, e volume V são
expressas em termos de dimensões em termos de
dimensões primárias e são chamadas de dimensões
secundárias, ou derivadas.
IMPORTÂNCIA DAS DIMENSÕES E UNIDADES
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DIMENSÃO UNIDADE
Comprimento Metro (m)
Massa Quilograma (Kg)
Tempo Segundo (s)
Temperatura Kelvin (K)
Corrente elétrica Ampere (A)
Quantidade de luz Candela (cd)
Quantidade de matéria Mole (Mol)
Sistema Internacional (Sistema métrico): Um
Sistema simples e lógico com base em uma
relação decimal entre diversas unidades.
Sistema Inglês: Não tem base numérica
sistemática aparente e várias unidades desse
Sistema são relacionadas umas com as outras
arbitrariamente.
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Algumas Unidades SI e Inglesas
Definição da unidade de força
Trabalho = Força  Distância
1 J = 1 N∙m
1 cal = 4.1868 J
1 Btu = 1.0551 kJ
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Peso ≠ Massa
Peso = Força
É a força gravitacional aplicada a um corpo
W peso
m massa
g aceleração da gravidade
Um corpo 
pesando 150lbf 
na Terra, pesa 
apenas 25lbf 
na Lua.
O peso de uma unidade de 
massa ao nível do mar.
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Razões de Conversão de Unidades
Todas as unidades não primárias (unidades secundárias) podem ser
formadas por combinações de unidades primárias.
Também podem ser expressas mais convenientemente como razões 
de conversão de unidades.
Homogeneidade Dimensional 
Na Engenharia e na Ciência, todas as equações devem ser 
dimensionalmente homogêneas
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Sempre verifique as 
unidades em seus 
cálculos.
Cada razão de conversão de 
unidade (bem como seu 
inverso) são exatamente 
iguais.