Fen transp Aula 1

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SENAI - PR / FACULDADES DA INDÚSTRIA
FENÔMENOS DE
TRANSPORTE
PROF. DANIEL TEDESCO
MECÂNICA DOS FLUÍDOS
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Objetivo é que vocês entendam
e comecem a lidar com a
dinâmica dos fluídos e os
mecanismos de trocas de calor
para o uso profissional em
Engenharia.
Objetivo
do curso
MECÂNICA DOS FLUÍDOS
Cálculo de pressões na hidrostática; 
Cálculo de força sobre superfícies submersas; 
Medição de viscosidade e pressão; 
Medição de velocidade; 
Cálculo de perdas de carga; 
Dimensionamento de canalização; 
Co
nte
úd
os
MECÂNICA DOS FLUÍDOS
Medição de temperatura em termômetros e termopares;
Fluxo de calor através de geometrias simples por condução; 
Dimensionamento de isolamentos; 
Troca de calor por convecção usando as correlações teóricas e
experimentais existentes; 
Fluxo de calor entre superfícies negras; 
Cálculos simples de transferência de massa; 
Radiação Térmica. 
BÁSICA
FOX W. F. e MCDONALD A.T., Introdução à Mecânica dos
Fluídos. Ed. Guanabara Dois, R.J. 2018
INCROPERA F. P. e WITT D.P., “Fundamentos de Transferência
de Calor e de Massa”. Ed. Guanabara Koogan R.J. 1990. 
HIBBELER R. C., “Mecânica dos Fluídos”, Ed. Pearson Education do
Brasil [Tradução Daniel Vieira] S.P. 2016.
Bibliografia COMPLEMENTAR
GIORGETTI, Marcius. Fundamentos de Fenômenos de Transporte
Para Estudantes de Engenharia. Rio de Janeiro, Elsevier, 1 Ed. 2014.
432p.
BRAGA FILHO, Washigton. Fenômenos de Transporte Para
Engenharia. Rio de Janeiro. LTC, 2 ED 2012. 360 p.
CANEDO, Eduardo L. Fenômenos de Transporte. Rio de Janeiro, LTC,
1 Ed. 2010. 552p.
CENGEL, Yunus A. Transferência de Calor e Massa. Uma
abordagem prática. São Paulo , AMGH, 4 Ed. 2012. 906p.
AVALIAÇÃO
1- Projetos Hands On
Ainda a serem definidos...
2- Avaliação de conteúdo
no dia e horário a ser definido
Mecânica dos Fluídos
V A M O S P A R A
INTRODUÇÃO E ESTÁTICA DE FLUÍDOS
Pra
estudar
isso?
ESCOPO DA MEC FLU
Como o nome indica, a mecânica dos fluidos é o estudo
de fluidos em repouso ou em movimento. 
Ela tem sido tradicionalmente aplicada em áreas tais
como o projeto sistemas de canal, dique e represa; o
projeto de bombas, compressores, tubulações e
dutos usados nos sistemas de água e
condicionamento de ar de casas e edifícios, assim
como sistemas de bombeamento necessários na
indústria química; as aerodinâmicas de automóveis e
aviões sub e supersônicos; e o desenvolvimento de
muitos diferentes medidores de vazão, tais como os
medidores de bombas de gás.
IMAGINE-SE ALOCADO NA ÁREA DE ESCOAMENTOS EM TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS,
EM QUE SEU SUPERIOR SOLICITA-LHE A RESOLUÇÃO DO SEGUINTE DILEMA
Para o processo, é importante que o escoamento na saída seja turbulento.
Isso realmente acontece?
Em caso afirmativo, a partir de Métodos de análise e classificação dos
movimentos de fluidos que ponto, ao longo do bocal, o escoamento torna-se
turbulento?
Em um processo da indústria química, o tetracloreto de carbono a 20ºC escoa
através de um bocal cônico de diâmetro de entrada De = 50 para um diâmetro de
saída Ds . A área varia linearmente com a distância ao longo do bocal e a área de
saída é 1/5 da área de entrada. O comprimento do bocal é 250 mm. e a vazão é
Q = 2 L min.
Entregue a análise para o seu superior, na forma de apresentação
aos gestores da área.
Provocação...
IMAGINE-SE ALOCADO NA ÁREA DE ESCOAMENTOS EM TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS,
EM QUE SEU SUPERIOR SOLICITA-LHE A RESOLUÇÃO DO SEGUINTE DILEMA
Para o processo, é importante que o escoamento na saída seja turbulento.
Isso realmente acontece?
Em caso afirmativo, a partir de Métodos de análise e classificação dos
movimentos de fluidos que ponto, ao longo do bocal, o escoamento torna-se
turbulento?
Em um processo da indústria química, o tetracloreto de carbono a 20ºC escoa
através de um bocal cônico de diâmetro de entrada De = 50 para um diâmetro de
saída Ds . A área varia linearmente com a distância ao longo do bocal e a área de
saída é 1/5 da área de entrada. O comprimento do bocal é 250 mm. e a vazão é
Q = 2 L min.
Entregue a análise para o seu superior, na forma de apresentação
aos gestores da área.
Provocação...
Mecânica
dos 
Fluídos
Finalmente, definimos a mecânica dos fluídos como o
ramo da Ciência que estuda os fluídos em repouso
ou em movimento.
DEFINIÇÃO GERAL
Trata-se de uma substância que apresenta
capacidade de fluir ou escoar e não possui estrutura
cristalina. Os líquidos e os gases são definidos como
fluidos.
FLUÍDO
Alguns requisitos...
CONSERVAÇÃO DA MASSA
SEGUNDA LEI DE NEWTON
PRINCÍPIO DA QUANTIDADE
DE MOVIMENTO ANGULAR
PRIMEIRA E SEGUNDA LEI
DA TERMODINÂMICA
NÃO SÃO NECESSÁRIAS TODAS ESSAS LEIS BÁSICAS PARA RESOLVER UM
PROBLEMA QUALQUER, ALGUMAS VEZES, APENAS UMA LEI OU A COMBINAÇÃO
DE DUAS LEIS É SUFICIENTE PARA SOLUCIONÁ-LO.
Métodos de análise de
movimentos de fluido
NA MECÂNICA BÁSICA, UTILIZAMOS DE
FORMA INTENSA O DIAGRAMA DE CORPO
LIVRE (DCL), QUE CONSISTE NA
REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DE TODAS AS
FORÇAS AGINDO SOBRE DETERMINADO
CORPO RÍGIDO.
 
VAMOS USAR VETORES PARA DESCRIÇÃO
MATEMÁTICA EM DIVERSAS VEZES
Métodos de análise de
movimentos de fluido
VOLUME DE CONTROLE, POR SUA VEZ, É UMA QUANTIDADE DE VOLUME
QUE ESCOLHEMOS COMO OBJETO DE ESTUDO
(a) O sistema pistão-cilindro e (b) Escoamento de um fluido através de uma junção de tubos
Exemplo:
Conservação
de massa
Um trecho de redução de um tubo de
água tem um diâmetro de entrada de
500mm e diametro de saída de 30mm. Se
a velocidade de entrada (média através
da area de entrada) é de 2,5m/s, encontre
a velocidade de saída
Exemplo:
Conservação
de massa
Formulações
Tanto em sistemas quanto em volumes de controle, podemos aplicar as equações na
forma diferencial ou na forma integral
Na formulação diferencial, trabalhamos com sistemas ou volumes de controle
infinitesimais; já na formulação integral, os sistemas e volumes de controle são finitos. Em
ambas as situações, a formulação matemática será diferente, daí a importância de saber
escolher qual utilizaremos para cada tipo de problema.
FORMULAÇÃO DIFERENCIAL - DERIVADAS PARCIAIS
FORMULAÇÃO INTEGRAL - INTEGRAIS
DIFERENCIAL
A formulação diferencial é
utilizada quando
desejamos conhecer
ponto a ponto de
determinado escoamento.
INTEGRAL
empregamos equações na
forma de integrais, cuja
solução nos fornece um
comportamento global do
escoamento.
Formulações
(a) Distribuição de pressão em um perfil de asa 
(b) Resultante aerodinâmica em um perfil de asa
Formulações
O estudo do escoamento dos fluidos é, em geral, realizado por um dos seguintes
métodos clássicos de descrição: o método de Lagrange ou o método de Euler
O método de Lagrange, também chamado de lagrangiano, descreve o movimento de cada
partícula, acompanhando-a em sua trajetória real. As características do escoamento são
descritas pela especificação dos parâmetros necessários em função do tempo. Esse método
apresenta grande dificuldade nas aplicações práticas da mecânica dos fluidos, uma vez que é
impraticável acompanhar todas as partículas de um fluido durante um intervalo de tempo
suficientemente grande.
Formulações
O estudo do escoamento dos fluidos é, em geral, realizado por um dos seguintes
métodos clássicos de descrição: o método de Lagrange ou o método de Euler
O método de Euler ou euleriano consiste em adotar um intervalo de tempo, escolher uma
seção ou volume de controle no espaço e considerar todas as partículas que passam por este
local. As características do escoamento são descritas pela especificação dos parâmetros
necessários em função das coordenadas espaciais, além do tempo. Esse método é
preferencial para estudar o movimento dos fluidos, porque coleta informações sobre o
escoamento por meio de pontos fixos em instantes diferentes, sem se preocupar com o
movimento realizado por partícula.
Descrição e classificação
dos movimentos de fluido
ESCOAMENTO UNI, BI E
TRIDIMENSIONAL
Imagine uma partícula de fluido movendo-se com
velocidade V em um escoamento qualquer. Em um dadoinstante, a velocidade dessa partícula será uma função
das coordenadas espaciais e do tempo. Selecionando
um volume de controle para o estudo e utilizando o
método de descrição Euleriano, obtemos o campo de
velocidade do escoamento V =V(x,y,z,t).
Descrição e classificação
dos movimentos de fluido
ESCOAMENTO ESTACIONÁRIO E NÃO ESTACIONÁRIO
Essa classificação ocorre em função da
dependência ou não do tempo na variação
pontual das suas propriedades (massa específica,
velocidade, temperatura etc.).
No escoamento estacionário, não há mudança das
propriedades, ao longo do tempo; dizemos que o
escoamento está em regime permanente. Se
houver alguma mudança no decorrer do tempo,
esse escoamentoserá não estacionário.
ESCOAMENTO INTERNO E EXTERNO
O escoamento é classificado como interno quando ocorre em
um espaço confinado, isto é, quando o fluido está inteiramente
limitado por superfícies sólidas. É o caso do escoamento em
tubulações ou dutos ou através de bombas ou turbinas.
O escoamento externo é um escoamento não confinado de um
fluido sobre uma superfície. Corpos imersos em um fluido estão
sujeitos a esse tipo de escoamento. O escoamento do ar sobre seu
carro durante uma viagem enquadra-se nessa classificação.
Descrição e classificação
dos movimentos de fluido
ESCOAMENTO VISCOSO E NÃO VISCOSO
Viscosidade é uma medida da resistência do fluido em se movimentar,
relacionando-se com as forças de atrito no seu interior, as quais
impedem diferentes porções dos fluidos de escorregarem entre si
livremente. Não existe fluido com viscosidade nula, mas existem
situações em que esta pode ser desconsiderada.
Descrição e classificação
dos movimentos de fluido
Escoamentos viscosos são aqueles em que os efeitos da viscosidade
são significativos. Quando esse efeito se torna desprezível,
classificamos esse escoamento como não viscoso ou invíscido.
ESCOAMENTO VISCOSO E NÃO VISCOSO
Viscosidade é uma medida da resistência do fluido em se movimentar,
relacionando-se com as forças de atrito no seu interior, as quais
impedem diferentes porções dos fluidos de escorregarem entre si
livremente. Não existe fluido com viscosidade nula, mas existem
situações em que esta pode ser desconsiderada.
Descrição e classificação
dos movimentos de fluido
Escoamentos viscosos são aqueles em que os efeitos da viscosidade
são significativos. Quando esse efeito se torna desprezível,
classificamos esse escoamento como não viscoso ou invíscido.
ESCOAMENTO LAMINAR E TURBULENTO
ENo escoamento laminar, as partículas do fluido movem-se em camadas ou lâminas, ao longo do escoamento, em
trajetórias bem definidas e ordenadas. No escoamento turbulento, as partículas do fluido rapidamente se misturam,
enquanto se movimentam ao longo do escoamento, descrevendo trajetórias irregulares e desordenadas. 
Existe ainda um outro tipo de escoamento, o transitório, que se altera entre laminar e turbulento.
Descrição e classificação dos movimentos
de fluido
Para cálculos de engenharia: 
• Re ≤ 2100 → escoamento laminar 
• 2100 ≤ Re ≤ 4000 → escoamento de transição 
• Re > 4000 → escoamento turbulento 
Características gerais: Região de entrada e
escoamento completamente desenvolvido
E ai? Já dá pra resolver
aquele probleminha do
começo?
ARREGOU?
IMAGINE-SE ALOCADO NA ÁREA DE ESCOAMENTOS EM TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS,
EM QUE SEU SUPERIOR SOLICITA-LHE A RESOLUÇÃO DO SEGUINTE DILEMA
Para o processo, é importante que o escoamento na saída seja turbulento.
Isso realmente acontece?
Em caso afirmativo, a partir de Métodos de análise e classificação dos
movimentos de fluidos que ponto, ao longo do bocal, o escoamento torna-se
turbulento?
Em um processo da indústria química, o tetracloreto de carbono a 20ºC escoa
através de um bocal cônico de diâmetro de entrada De = 50 para um diâmetro de
saída Ds . A área varia linearmente com a distância ao longo do bocal e a área de
saída é 1/5 da área de entrada. O comprimento do bocal é 250 mm. e a vazão é
Q = 2 L min.
Entregue a análise para o seu superior, na forma de apresentação
aos gestores da área.
Provocação...
Vc passou num processo de trainee no qual você, aluno, obteve êxito e foi para
uma empresa multinacional, selecionado para realizar um job rotation, nas
diversas áreas da empresa. No cargo de trainee, você terá de solucionar alguns
problemas de Engenharia, utilizando o seu raciocínio crítico.
Provocação...
Provocação...
Provocação...
Precisamos dos valores da massa específica e da viscosidade
absoluta para o tetracloreto de carbono a 20ºC. 
De acordo com Fox, Pritchard e McDonald (2014), 
μ =10−³ N.s/m². Assim, obtemos que a densidade relativa do
tetracloreto de carbono é 1,595, ou seja, rho =1595kg/m³.
Provocação...
Provocação...
Provocação 2: 
a missão
AGORA É COM VOCÊS
Imagine que você trabalha em uma
empresa que instala tubulações em
ambientes industriais, e parte de seu
trabalho inclui analisar, classificar e
descrever escoamentos. 
Um cliente solicitou uma tubulação
com diâmetro constante de 200 mm e
comprimento 100 m, por onde irá
escoar água a 20 °C, em regime
permanente, com velocidade de 10m/s. 
Como proceder para classificar esse
escoamento?
Provocação 2: 
a missão
AGORA É COM VOCÊS
Para saber se o escoamento é laminar ou
turbulento, devemos calcular o número
de Reynolds. As propriedades da água
podem ser encontradas em tabelas
Portanto é turbulento!
Turbulência gera perda de carga.
Por se tratar de um escoamento por uma
longa tubulação, devemos levar em
conta os efeitos da viscosidade que
geram perdas de carga. Por isso, esse
escoamento é viscoso.