Aula FenTrans (Cópia em conflito de Guilherme Machado 2014 09 05) (Cópia em conflito de Felipe Hees 2015 04 12)

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Fenômenos de Transferência
Introdução
 Propriedades Básicas dos Fluidos
Departamento de Engenharia de Recursos Naturais – UFCG (www.hidro.ufcg.edu.br) 
Mecânica dos Fluidos.
	
Transmissão de Calor.
 	
Transferência de Massa.
 Fenômenos de Transferência:  
	- Conceitos e Propriedades
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Quais as diferenças fundamentais entre
 fluido e sólido?
Fluido é mole e deformável:
Moléculas com um certo grau de liberdade de movimento (força de atração pequena) e não apresentam um formato próprio.
Sólido é duro e muito pouco deformável:
as moléculas sofrem forte força de atração (estão muito próximas umas das outras) e é isto que garante que o sólido tem um formato próprio;
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Estados Físicos da Matéria 
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Fluidos
De uma maneira geral, o fluido é caracterizado pela relativa mobilidade de suas moléculas que, além de apresentarem os movimentos de rotação e vibração, possuem movimento de translação e portanto não apresentam uma posição média fixa no corpo do fluido.
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Fluidos x Sólidos
A principal distinção entre sólido e fluido, é pelo comportamento que apresentam em face às forças externas.
Por exemplo, se uma força de compressão fosse usada para distinguir um sólido de um fluido,
este último seria inicialmente comprimido, e a partir de um certo ponto ele se comportaria
exatamente como se fosse um sólido, isto é, seria incompressível.
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Fluidos x Sólidos
Os sólidos resistem às forças de cisalhamento até o seu limite elástico ser alcançado (este valor é denominado tensão crítica de cisalhamento), a partir da qual experimentam uma deformação irreversível, enquanto que os fluidos são imediatamente deformados irreversivelmente, mesmo para pequenos valores da tensão de cisalhamento.
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Fatores importantes na diferenciação entre sólido e fluido
O fluido não resiste a esforços tangenciais por menores que estes sejam, o que implica que se deformam continuamente.
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Fluidos: outra definição
Um fluido pode ser definido como uma substância que muda continuamente de forma enquanto existir uma tensão de cisalhamento, ainda que seja pequena.
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Propriedades dos fluidos
Massa específica -  
É a razão entre a massa do fluido e o volume que contém essa massa (pode ser denominada de densidade absoluta)
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Propriedades dos fluidos
Massa específica -  
Nos sistemas usuais:
Sistema SI............................Kg/m3
Sistema CGS.........................g/cm3
Sistema MKfS........................Kgf.m-4.s2
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Massas específicas de alguns fluidos
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Propriedades dos fluidos
 Peso específico - 
 
 
É a razão entre o peso de um dado fluido e o volume que o contém.
P
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Propriedades dos fluidos
Peso específico - 
Nos sistemas usuais:
Sistema SI............................N/m3
Sistema CGS.........................dines/cm3
Sistema MKfS........................Kgf/m3
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Propriedades dos fluidos
Relação entre peso específico e massa específica
P
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Propriedades dos fluidos
Volume Específico - Vs
Vs= 1/γ =V/P
É definido como o inverso do peso específico
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Propriedades dos fluidos
Volume específico - Vs
Nos sistemas usuais:
Sistema SI............................m3/N
Sistema CGS......................... cm3/dines
Sistema MKfS........................ m3/Kgf
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Propriedades dos fluidos
Densidade Relativa - δ (ou Densidade)
É a relação entre a massa específica de uma substância e a de outra tomada como referência – Geralmente a água
	δ = 
o
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Propriedades dos fluidos
Densidade Relativa - δ (ou Densidade)
Para os líquidos a referência adotada é a água a 4oC
Nos sistemas usuais:
Sistema SI.....................ρ0 = 1000kg/m3 Sistema MKfS ............... ρ0 = 102 kgf.m-4 .s2
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Propriedades dos fluidos
Densidade Relativa - δ (ou Densidade)
Para os gases a referência é o ar atmosférico a 0oC
Nos sistemas usuais:
Sistema SI................. ρ0 = 1,29 kg/m3 Sistema MKfS .............ρ0 = 0,132 kgf.m-4 .s2
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
Consideremos o elemento de fluido entre as duas placas paralelas. A placa superior move-se com velocidade constante erwer, sob ação da força constante .
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
Durante um intervalo de tempo o elemento deforma-se conforme mostrado na figura:
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
A taxa de deformação é dada pela relação abaixo:.
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
A taxa de deformação é dada pela relação abaixo:.
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
A taxa de deformação é dada pela relação abaixo:
 Taxa de Deformação
A Tensão cisalhante é:
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
Na maioria dos fluidos tem-se:
						Fluidos Newtonianos
Onde μ é a viscosidade do fluido.
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
Na maioria dos fluidos tem-se:
						Fluidos Newtonianos
Onde μ é a viscosidade do fluido absoluta [N.s m-2 ou Pa.s] S.I. (centipoise). 
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
A razão entre viscosidade dinâmica ou absoluta e densidade aparece como
Onde é a viscosidade cinematica [m².s-1] S.I.
 ou 1 Stoke = 1 cm²/s = 1 St. 
Sendo 1St = 0,0001 m².s-1
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
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Propriedades dos fluidos
Viscosidade – μ
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Propriedades dos fluidos
Tensão Superficial
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Propriedades dos fluidos
Tensão Superficial
Uma gota de orvalho sobre uma superfície encerada. As moléculas da água aderem fracamente à cera e fortemente entre si, então a água se junta. A tensão superficial faz com que estas “aglomerações” assumam a forma aproximadamente esférica, pois a esfera apresenta a menor razão entre a área superficial e volume.
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Propriedades dos fluidos
Tensão Superficial
Água aderindo ao filete que escorre. Este ganha mais massa até que se estreita em um ponto onde a tensão supeficial não é mais capaz de manter a água junta no filete. Então ocorre a separação e a gota assume sua forma esférica devido à tensão superficial. A gravidade estreita o filete e a tensão superficial forma as gotas esféricas.
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Propriedades dos fluidos
Tensão Superficial
Objetos mais densos que a água podem flutuar em sua superfície. A superfície da água comporta-se como um filme elástico.
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Propriedades dos fluidos
Tensão Superficial
Molécula no interior do líquido interagindo com todas as suas vizinhas igualmente em todas as direções, o que resulta em uma força líquida de interação nula.
Molécula na superfície. Uma vez que não há moléculas de líquido na parte superior à superfície, a molécula sofre uma força líquida de atração puxando-a para o interior do líquido.
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Tensão Superficial
Há uma força atrativa resultante atuando sobre a molécula da superfície do líquido que tende puxar as moléculas da superfície para o interior da massa luida. Esta força é equilibrada pelas forças repulsivas das moléculas abaixo da superfície que estão sendo comprimidas. O efeito da compressão resultante causa ar edução da área de superfície do líquido. 
 
Esta força líquida de atração faz com que a superfície se contraia em torno do líquido e as forças de repulsão das moléculas a contrabalançam até um ponto que a área de superfície é mínima.
Se um líquido não sofre ação de forças externas há a tendência deste líquido formar um esfera, que é a forma que apresenta um mínimo de área superficial para um dado volume.
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Propriedades dos fluidos
Tensão Superficial
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Propriedades dos fluidos
Tensão Superficial
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Propriedades dos fluidos
Tensão Superficial
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Tensão Superficial
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Tensão Superficial
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Propriedades dos fluidos
Tensão Superficial
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Propriedades dos fluidos
Capilaridade
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Propriedades dos fluidos
A tensão superficial se origina das forças de atração inter-molceculares que são denominadas forças de coesão. Quando um líquido está em contato com uma superfície sólida (vidro, por exemplo) outras forças de atração acontecem e são chamadas de forças de adesão.
Quando um tubo capilar, aberto em ambas extremidades, é inserido no líquido, o resultado da competição entre estas forças pode ser notado.
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Propriedades dos fluidos
No caso da figura abaixo, as forças de adesão são maiores que as de coesão.
A tensão superficial proporciona uma força F atuando na fronteira circular entre a água e o vidro. Esta força é orientada pelo ângulo ϕ, que é determinado pela competição entre as forças de coesão e de adesão. 
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Propriedades dos fluidos
A componente vertical de F puxa a água para cima no tubo até a altura h. A esta altura a componente vertical de F se contrapõe ao peso da coluna de água de comprimento h.
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Propriedades dos fluidos
Se substituirmos a água por mercúrio, as forças de coesão serão maiores que as de adesão.
Os átomos de mercúrio são atraídos mais fortemente entre si do que pelo vidro. Agora, ao contrário do caso anterior, a tensão superficial proporciona uma força F, cuja componente vertical puxa o mercúrio para baixo até uma distância h no tubo.
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Propriedades dos fluidos
O valor da ascensão capilar num tubo circular é determinado pelo equilíbrio de forças na coluna cilíndrica de altura h no tubo. 
Esta equação também vale para encontrar a depressão capilar, neste caso ϕ> 90º, e o resultado de h será negativo.
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Propriedades dos fluidos
Observe que h é inversamente proporcional a R. Quanto mais fino o tubo, maior será h.
Na prática, o feito capilar é desprezível para tubos com diâmetros acima de 1 cm.
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