Aula 01 - Fenômenos de Transporte

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Fenômenos de Transporte
Luciana Barreiros de Lima
Aula 1
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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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 indispensáveis no desenvolvimento do nosso estudo de Fenômenos de Transporte.
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INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE
Como o próprio nome sugere, estuda o transporte de massa, 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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INTRODUÇÃO AOS 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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APLICAÇÕES DOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE
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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.
FLUIDOS
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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.
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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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
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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.
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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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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SISTEMAS DE UNIDADES
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GRANDEZA
UNIDADES ( SI)
UNIDADES ( CGS)
UNIDADES
( INGLÊS, FPS)
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)
dyn/s
Pdl.s
Trabalho(W)
Joule.m
dyn.cm = erg
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
Potência
Lbf.ft/s
Kgf.m/s
Velocidade
ft/s
m/s
Vazão em volume (Q)
ft3/s
m3/s
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Fazer as transformações solicitadas:
 
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 a homogeneidade dimensional na equação
V = Vo + a.t 
Avaliando as dimensões de cada grandeza envolvida :
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ANÁLISE DIMENSIONAL
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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.
FENOMENOS DE TRANSPORTE
LUCIANA BARREIROS DE LIMA
AULA 01 - ATIVIDADE
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 U = 3V [ 1 – ( y/ h)2 ]
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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.
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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