Aula 1 2012
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2012 FACULDADE DE CIENCIAS APLICADAS - UNICAMP
FENÔMENOS DE TRANPORTE
AULA 1
2012 FACULDADE DE CIENCIAS APLICADAS - UNICAMP
Ementa
○Manometria
○Balanços integrais
○Balanços diferenciais
○ Sistema e análise dimensional. ○Correlações para transporte laminar e
turbulento (transferência molecular e
convectiva de quantidade de
movimento, calor e massa).
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Referências Bibliográficas
○ Bibliografia sugerida
● Introdução à Mecânica dos Fluidos, Robert W. Fox & Alan T. McDonald.
●Mecânica dos Fluidos, Frank White. (http://www.filecrop.com/mecanica-de-fluidos-Frank-M.-White.html)
● Fundamentos De Transferência de Calor e de
Massa, Frank P. Incropera & David P. de Witt ( http://www.4shared.com/zip/X3mwyCVc/incropera_-_fundamentos_transf.html
). Este livro tem solucionário de exercícios na
rede.
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Bibliografia adicional
○ BENNET, C. O. & MYERS, J. E. Fenômenos de
Transporte. Trad. Eduardo Walter Leser... (et alii). São Paulo. Mc Graw - Hill, 1978, 812p.
○ SISSOM, Beighton E. & PITTS, Donald R. Fenômenos de
Transporte Trad, Adir M, Luiz Rio de Janeiro,
Guanabara dois, 1979, 765p.○ BIRD, R, B, et alli. Fenômenos de Transporte.Trad, Fidel
Mafo Vázques. Espanha, Reverté. 1978.○WELTY, J.R., WICKS, C.E. E WILSON, R.E.Fundamentals
of Momentun, Heat, and MassTransfer, 3a. ed. Ed. John Wiley & Sons, Inc.1969. 803p.
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Datas Teórica
Aula 1 (01/03) Tópico 1- ASP
Aula 2 (08/03) Tópico 2- ASP
Aula 3 (08/03) Tópico 3 ( a tarde)- ASP
Aula 3 (15/03) Tópico 4 - ASP
Aula 4 (22/03) Tópico 5 - ASP
Aula 5 (29/03) Prova 1
(05/04) Não haverá aula
Aula 6 (12/04) Tópico 6 - JC
Aula 7 (19/04) Tópico 7 -JC
Aula 8 (26/04) Tópico 7-JC
Aula 9 (03/05) Tópico 8-JC
Aula 10(10/05) Tópico 8-JC
Aula 11 (17/05) Tópico 9-JC
Aula 12 (24/05) Tópico 10-JC
Aula 13 (31/05) Resolução de exercícios
Aula 14 (07/06) Resolução de exercícios
Aula 15 (14/06) Prova 2
Aula 16 (21/06) Aula de dúvidas
Aula 17 (28/06)
Aula 18 (12/07) Exame final
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Papéis na aprendizagem
○ Professor
● Preparação da aula: criar uma situação que desperte um conflito
conceitual ou destaque um fenômeno que precisará ser examinado
de forma inédita pelo aluno. Pensar nas perguntas que deverá fazer aos alunos e nas possíveis explicações e respostas que
poderão ser levantadas pelos alunos.
● Durante a aula: Solicitar a atenção dos alunos para a construção da teoria científica. Quando equações matemáticas forem deduzidas,
é particularmente importante que os alunos percebam a importância
de cada passagem algébrica no procedimento de dedução.
● Após ou durante a aula: aplicação dos novos conceitos:a partir de
uma série de problemas
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Papéis na aprendizagem
○Aluno
● “O aprendizado do aluno é fortemente dependente do esforço
individual. O que faz a diferença é a participação ativa do
aluno nas aulas, mesmo que resolvendo os exercícios de
forma errada, com dúvidas e discutindo com seus colegas. (...) Já passou o tempo em que o ensino era transpor as
informações em uma única via. Hoje o ensino é centrado no
processo de aprendizagem, seja por parte do professor ou dos
alunos.” adaptado de Braga, W. em Transmissão de calor.
● “Pela primeira vez na história da humanidade, a maioria das competências
adquiridas por uma pessoa no início de seu percurso
profissional estarão obsoletas no fim de sua carreira.” - Lévy, P. em Cibercultura. Editora 34 1999, p.157.
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Dicas
○A retenção de informações será maior e mais
proveitosa se tentarmos sempre unir as novas
informações às já conhecidas. ● Ao ler um determinado capítulo, procure vinculá-lo a
outros assuntos de outras matérias ou de sua vida
pessoal. Exercite isso em situações cotidianas...pode ser
motivo para um bom papo.● Procure seguir a programação da disciplinas. Entre no
EA, veja o material disponível, faça os exercícios de
preparação antes de cada aula. Procure responder às
perguntas do professor. Use a aula a seu favor.
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Resolução dos problemas○ 1. Transcreva em linguagem matemática o enunciado do
problema, de forma clara e organizada
○ 2. Escreva o que deve ser encontrado.
○ 3. Desenhe um esquema do processo físico.● Represente a superfície de controle por uma linha tracejada e identifique
os processos de transferência.
○ 4. Liste as hipóteses pertinentes para simplificação do
problema.
○ 5. Obtenha todos os valores das propriedades de tabelas e
gráficos, descrevendo a fonte, unidade e a condição procurada.
● Ex. µágua
(20oC)= 0,0001 kgf/s m2......(Tabela 1)
○ 6. Analise. Desenvolva a equação da melhor maneira possível antes de substituir os valores numéricos.
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Introdução
○ Fenômenos de transporte: explicados a partir de três
grandezas físicas que se conservam (m, E e QM).●Mecânica dos fluidos: análise e projeto de qualquer sistema
no qual um fluido é o meio atuante.● Estudo do comportamento de um furacão
● Fluxo de água através de um canal (p ex.sangue)● Projetos de meios de transporte e pistas, pontes (problemas de
aerodinâmica)● Esporte com melhor performance (futebol, golfe, barco a vela)
● Transferência de calor e massa
● Produção de energia
● Produção e conservação de alimentos
● Processos em geral
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Para Engenheiros de Produção e
Manufatura
○ problemas de transporte de fluidos
● produção de energia hidrelétrica
● avaliação de tráfego
○ problemas de transporte de energia
● dissipação de calor em circuitos eletrônicos
● avaliação da economia em plantas industriais
○ projeto de equipamentos
●Motores, refrigeradores, bombas, filtros...● Sistemas de controle
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Revisão de conceitos matemáticos
○Grandeza escalar: módulo
○Grandeza vetorial: módulo, direção e
sentido
○Grandeza tensorial: módulo, direção e
sentido nas três direções. São necessárias 9 quantidades para
especificar o estado de tensão de
algum fluido.
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Fenômenos de transferência
○Conservação regida por uma única lei, que
aplicada a um volume de controle pode ser
enunciada genericamente como
● E + G = A + S
○ Similaridade entre os fenômenos de
transferência
● Tendência ao equilíbrio
● Força motriz
●Movimento pode ocorrer sob forma difusiva (T. molecular) e/ou convectiva
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Processos de transferência
○Difusão: movimento aleatório de
moléculas que transferem energia por
colisões moleculares. Afeta a distribuição da quantidade transportada em todas
as direções.○Convecção: mecanismo de transferência
resultante do movimento macroscópico de fluidos. Afeta a distribuição da
quantidade transportada na direção do
escoamento
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Teorias utilizadas
○ Principais problemas na validação das
teorias existentes:●Geometria
● Viscosidade
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Transporte molecular: Força motriz
○Calor
○
○
○Massa
○
○
○Movimento
∇ T=∂T∂ x
i⃗+∂T∂ y
j⃗+∂T∂ z
k⃗
∇C=∂C∂ x
i∂C∂ y
j∂C∂ z
k
∇ =∂ x
∂ xi
∂ y
∂ yj
∂ z
∂ zk
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Constantes de proporcionalidade: Transporte molecular
Difusividade [m2/s] dependência
movimento ν f (T, material)
térmica α f (T, material)
massa DAB
f (T, p, y)
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Equações gerais
○ De movimento (lei de Newton)● ou = viscosidade cinemática
○ De massa (lei de Fick)
● ou DAB= difusividade mássica
○ De calor (lei de Fourier)● ou = difusividade térmica
zx=−d uxdz
zx=−d .ux dz
J z=− DAB
d x Adz
J z=−DAB
d dz
qzA
=−kd Tdz qz=−
d C pT dz
quantidadem² s
=constante. forca dirigenteresistência
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Definição
○O que é um fluido?
● Aos alunos:● Dêem exemplos de fluidos: ● A partir dos exemplos, apresente uma definição de fluidos.
● Experimento: avalie o comportamento de alguns
materiais.
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Campo de tensões
○ Tensão: resulta das forças agindo em
alguma parte do meio. Assim, a
tensão em um ponto é o valor
limite da relação entre F e A,
quando esta tende a zero (escreva isso na forma matemática)● Tensão normal
● Tensão de cisalhamento (tangencial)
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Transferência de movimento
○ Lei de Newton: gradiente de
velocidade
● o fluido em contato com a placa superior
origina uma força de mesma direção e
intensidade, porém sentido contrário a força
responsável pelo movimento (força de
resistência viscosa - cisalhamento)
zx=−d uxdz
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Características do fluido
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zx=−d uxdz
=−d uxdz
○A lei da viscosidade de Newton pode
ser usada para quantificar o
movimento do fluidoQuantidade de movimento
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zx=−d uxdz
=−d uxdz
○A lei da viscosidade de Newton pode
ser usada para quantificar o
movimento do fluido
○
○
●Obs: Viscosidade aparente: presente na
Power law: ajuste da equação de Newton
a fluidos não newtonianos.
Quantidade de movimento
Viscosidade cinemática (m2/s)
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Propriedades dos fluidos
○Densidade ou massa específica
○
○
● Densidade relativa
● Sem unidade. Mede a densidade de um líquido em relação a outro em condição específica (normalmente água)
○ Peso específico
ρ=mV
γ=ρg=m gV
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Pressão de vapor
○A pressão parcial da fase de vapor
em equilíbrio com a fase liquida de
uma substância a uma determinada
temperatura.● Líquido em ebulição: P
local Pv na mesma
temperatura. Ou seja, para provocar
ebulição:●1. Aumentar sua temperatura
●2. Diminuir a pressão local