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Aula_de_fenomenosdetransporte_Introduo_aula01

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Introdução
Propriedades Básicas dos Fluidos
Prof. Giovanilton Ferreira da Silva
Universidade Federal da Paraíba
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Química
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Objetivos
• Entender os conceitos básicos da fenômenos de
transporte (mecânica dos fluidos).
• Reconhecer os vários tipos de problemas de fluxo
de fluido encontrados na prática.
• Modelar problemas de engenharia e resolvê-los de
forma sistemática.
• Ter um conhecimento de trabalho de precisão,
precisão e dígitos significativos, e reconhecer a
importância da homogeneidade dimensional em
cálculos de engenharia.
INTRODUÇÃO
O estudo de fenômenos de transporte tem aplicações
muito importantes na engenharia, é indispensável para
projeto, operação e otimização de processos e
equipamentos, em todos os campos da engenharia.
Os fenômenos de transferência tratam basicamente da
movimentação de uma grandeza física de um ponto a
outro do espaço, e são eles:
a) Transporte de quantidade de movimento;
b) Transporte de energia térmica;
c) Transporte de massa.
INTRODUÇÃO
Aplicações de fenômenos de transporte:
Engenharia Civil e Arquitetura: Hidráulica, hidrologia e conforto térmico de
edificações;
Engenharia Sanitária e Ambiental: Estudo da difusão de poluentes e
tratamento de resíduos;
Engenharia Elétrica e Eletrônica: Cálculos da dissipação térmica e de
potência;
Engenharia Química: Todas as Operações Unitárias;
Engenharia Mecânica: Usinagem, tratamentos térmicos, máquinas
hidráulicas, máquinas térmicas (motores e refrigeração) e aeronáutica
(aerodinâmica);
Engenharia de Produção: Otimização de processos, transporte de fluidos e
de material, troca de calor e estudos de ciclo de vida.
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Hidrodinâmica: O estudo do movimento de fluidos que
podem ser aproximados como incompressíveis (como
líquidos, especialmente água e gases em baixas
velocidades).
Hidráulica: Uma subcategoria de hidrodinâmica, que lida
com fluxos líquidos em tubulações e canais abertos.
Dinâmica do gás: Lida com o fluxo de fluidos que
sofrem mudanças significativas de densidade, como o
fluxo de gases através de bicos em altas velocidades.
Aerodinâmica: Lida com o fluxo de gases
(especialmente o ar) sobre corpos como aeronaves,
foguetes e automóveis em altas ou baixas velocidades.
Meteorologia, oceanografia e hidrologia: Lidar com
fluxos que ocorrem naturalmente.
1.2 – SISTEMA DE UNIDADES
Sistemas de Unidades: As dimensões são nossos conceitos básicos de medida,
tais como comprimento (L), tempo (T), massa (M) e temperatura (θ).
a) Sistemas de Unidades Absolutos;
b) Sistemas de Unidades Técnicos;
c) Sistemas de Unidades de Engenharia.
a) Sistemas de Unidades Absolutos: Existem três sistemas de unidades
absolutos: o c.g.s. (CGS), o Giorgi ou SI (MKS) e o inglês (FPS). De todos estes,
as dimensões fundamentais são comprimento, massa, tempo e temperatura.
1.2 – SISTEMA DE UNIDADES
Unidades Fundamentais do Sistema Absoluto.
Unidades Derivadas do Sistema Absoluto.
1.2 – SISTEMA DE UNIDADES
b) Sistemas de Unidades Técnicos: Entre os mais usados sistemas técnicos
estão o métrico e o Inglês. Em ambos, as unidades fundamentais são
comprimento, força, tempo e temperatura.
c) Sistemas de Unidades de Engenharia: Até agora, somente sistemas que
consideram apenas três magnitudes como fundamentais foram descritos.
Entretanto, em sistemas de engenharia, quatro magnitudes são consideradas
básicas: comprimento, tempo, massa, e força.
Unidades Primárias do Sistema Técnico.
Unidades Primárias do Sistema Usado em Engenharia.
1.2 – SISTEMA 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.
FLUIDOS
Fluido:
Qualquer substância capaz de fluir como os líquidos e os gases e que não resiste
de maneira permanente às mudanças de forma provocadas pela pressão, isto é,
se deforma continuamente (escoa) sob a aplicação de uma tensão de
cisalhamento tangencial.
Os fluidos podem ser classificados como:
a) Compressíveis (sob o efeito da pressão);
b) incompressíveis (sob o efeito da pressão);
c) Dilatáveis (sob o efeito da temperatura);
d) indilatáveis (sob o efeito da temperatura).
1.3 – FLUIDOS
a) Compressíveis: São os fluidos cujos volumes dependem da pressão, isto é,
apresentam volumes próprios dependentes da pressão à que estão submetidos,
tal como os gases. A expressão formal é:
0
T
V
P
 
 
 
b) Incompressíveis: São os fluidos
cujos volumes não dependem da
pressão, isto é, apresentam volumes
próprios independentes da pressão à
que estão submetidos, tal como os
líquidos. A expressão formal é:
0
T
V
P
 
= 
 
1.3 – FLUIDOS
c) Dilatável: São os fluidos cujos volumes dependem da temperatura, isto é,
apresentam volumes próprios dependentes da temperatura à qual estão
submetidos, tal como os gases. A expressão formal é:
0
P
V
T
 
 
 
d) Indilatável: São os fluidos cujos volumes independem da temperatura, isto é,
apresentam volumes próprios independentes da temperatura à qual estão
submetidos, tal como os líquidos. A expressão formal é:
0
P
V
T
 
= 
 
FLUIDOS
Hipótese do Contínuo:
O comportamento dos fluidos é explicado por sua estrutura molecular, a qual se
mantém coesa pela atração entre as partículas que a compõem, e que dão a sua
mobilidade. Se ampliarmos sua estrutura molecular nós veremos imensos vazios
entre as moléculas.
Água – Pontes de Hidrogênio
Gases
Hipótese do Contínuo:
Isto traz uma dificuldade matemática principalmente para o cálculo diferencial. Isto
é, a derivada de uma função só pode ser calculada em um ponto se a função é
contínua naquele ponto.
Para contornar esta situação, foi
formulada a HIPÓTESE DO
CONTÍNUO, que admite a
matéria contínua nas condições
normais da engenharia,
permitindo a aplicação das
ferramentas utilizadas em cálculo
diferencial e integral. Mesmo
assim não deve ser aplicadas
para gases rarefeitos como nos
estudos com plasma ou em vôos
no limite da atmosfera.
1.3 – FLUIDOS
Simulação de
um escoamento
em meio sólido
Propriedade intensivas e extensivas
•Grandeza intensiva é qualquer grandeza associada a 
uma substância que seja independente da sua 
massa (ex. temperatura, velocidade);
•Grandeza extensiva é aquela que depende da massa 
da substância (i.e. do tamanho do sistema);
• Toda a grandeza extensiva tem uma intensiva a ela 
associada, denominada grandeza específica:
As propriedades termodinâmicas mais comuns
são: temperatura (T), pressão (P), e volume
específico (v) ou massa específica (ρ).
As propriedades termodinâmicas
Propriedade intensivas e extensivas
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)
V
m
volume
massa
==
Propriedades dos fluidos
•Massa específica - 
Nos sistemas usuais:
Sistema SI............................Kg/m3
Sistema CGS.........................g/cm3
Sistema MKfS........................Kgf.m
-4.s2
Massas específicas de alguns fluidos
Fluido  (Kg/m3)
Água destilada a 4 oC 1000
Água do mar a 15 oC 1022 a 1030
Ar atmosférico à pressão 
atmosférica e 0 oC
1,29
Ar atmosférico à pressão 
atmosférica e 15,6 oC
1,22
Mercúrio 13590 a 13650
Petróleo 880
Propriedades dos fluidos
• Peso específico - 
É a razão entre o peso de um dado 
fluido e o volume que o contém.
V
G
volume
peso
==
W
Propriedades dos fluidos
•Peso específico - 
Nos sistemas usuais:
Sistema SI............................N/m3
Sistema CGS.........................dines/cm3
Sistema MKfS........................Kgf/m
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Propriedades dos fluidos
•Relação entre peso específico e 
massa específica
g
V
gm
V
G
=

==
W
Propriedades dos fluidos
•Volume Específico - Vs
Vs= 1/γ =V/W
É definido como o inverso do peso 
específico
Propriedades