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INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE DE FLUIDO

FENÔMENO DE TRANSPORTE

Esta disciplina trata do meio mais eficiente de transmitir o conhecimento das áreas de transferência de massa, energia térmica e quantidade de movimento.

MECÂNICA DOS FLUIDOS

Propriedades Básicas dos Fluidos

  • Mecânica: Ciência que estuda o equilíbrio e o movimento de corpos sólidos, líquidos e gasosos, bem como as causas que provocam este movimento;

líquidos

  • Fluidos: {

Gases

Em se tratando somente dos líquidos e gases que são denominados fluidos, recai-se no ramo da mecânica conhecido como mecânica dos fluidos.

A mecânica dos fluidos é a ciência que trata do comportamento destes fluidos em repouso e em movimento.

  • Exemplos de aplicações:

Este amplo campo tem chegado a incluir muitas áreas extremamente especializadas como:

    • O estudo do comportamento de um furacão;

    • O fluxo de água através de um canal;

    • As ondas de pressão produzidas na explosão de uma bomba;

    • As características aerodinâmicas de um avião supersônico;

O conhecimento e entendimento dos princípios e conceitos básicos da mecânica dos fluidos são essenciais na análise e projeto de qualquer sistema no qual um fluido é o meio atuante.

O projeto de todos os meios de transporte requer a aplicação dos princípios de Mecânica dos Fluidos. Exemplos:

    • as asas de aviões

    • aerobarcos

    • pistas inclinadas e verticais para decolagem

    • cascos de barcos e navios

    • projetos de submarinos e automóveis

Outros exemplos de utilização dos princípios básicos da mecânica dos fluidos:

  • projeto de carros e barcos de corrida (aerodinâmica)

  • sistemas de propulsão para vôos espaciais

  • sistemas de propulsão para fogos de artifício

  • projeto de todos os tipos de máquinas de fluxo incluindo bombas, separadores, compressores e turbinas

  • lubrificação

  • sistemas de aquecimento e refrigeração para residências particulares e grandes edifícios comerciais

Na saúde:

  • o sistema de circulação do sangue no corpo humano é essencialmente um sistema de transporte de fluido e como conseqüência o projeto de corações e pulmões artificiais são baseados nos princípios da Mecânica dos Fluidos

Na recreação:

  • O posicionamento da vela de um barco para obter maior rendimento com o vento e a forma e superfície da bola de golfe para um melhor desempenho são ditados pelos mesmos princípios.

O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma em 7 de novembro de 1940, aproximadamente às 11:00h da manhã, evidencia as possíveis conseqüências que ocorrem, quando os princípios básicos da Mecânica dos Fluidos são negligenciados;

A ponte suspensa apenas 4 meses depois de ter sido aberta ao tráfego, foi destruída durante um vendaval;

Com extensão total de 1530m inicialmente, sob a ação do vento que soprava a 68 km/h, o vão central de 850 m pôs-se a vibrar no sentido vertical, passando depois a vibrar torcionalmente, com as torções ocorrendo em sentido oposto nas duas metades do vão. Uma hora depois, o vão central se despedaçava.

Esta lista de exemplos é extremamente extensa, porém não é de interesse puramente acadêmico, mas sim uma ciência de enorme importância para as experiências do dia a dia e para a tecnologia. Iremos estudar apenas uma pequena parcela desta ciência. Veremos leis básicas e conceitos físicos associados que serão um ponto de partida para a análise de qualquer problema de mecânica dos fluidos.

ACENO HISTÓRICO

  • Até o início do século o estudo dos fluidos foi efetuado essencialmente por dois grupos – Hidráulicos e Matemáticos;

  • Os Hidráulicos trabalhavam de forma empírica, enquanto os Matemáticos se concentravam na forma analítica;

  • Posteriormente tornou-se claro para pesquisadores eminentes que o estudo dos fluidos deve consistir em uma combinação da teoria e da experiência;

IMPORTÂNCIA

Nos problemas mais importantes, tais como:

    • Produção de energia

    • Produção e conservação de alimentos

    • Obtenção de água potável

    • Poluição

    • Processamento de minérios

    • Desenvolvimento industrial

    • Aplicações da Engenharia à Medicina

Sempre aparecem cálculos de:

    • Perda de carga

    • Forças de arraste

    • Trocas de calor

    • Troca de substâncias entre fases

Desta forma, torna-se importante o conhecimento global das leis tratadas no que se denomina Fenômenos de Transporte.

OS FENÔMENOS DE TRANSPORTE NA ENGENHARIA

As aplicações de Fenômenos de transportes na Engenharia são inúmeras, principalmente por formarem um dos pilares básicos em todos os ramos dela. Podemos citar:

  • Engenharia Civil e Arquitetura

Constitui a base do estudo de hidráulica e hidrologia e tem aplicações no conforto térmico em edificações

  • Engenharias Sanitária e Ambiental

Estudos da difusão de poluentes no ar, na água e no solo

  • Engenharia Mecânica

Processos de usinagem, processos de tratamento térmico, cálculo de máquinas hidráulicas, transferência de calor das máquinas térmicas e frigoríficas e Engenharia aeronáutica

  • Engenharia Elétrica e Eletrônica

Importante nos cálculos de dissipação de potência, seja nas máquinas produtoras ou transformadoras de energia elétrica, seja na otimização do gasto de energia nos computadores e dispositivos de comunicação;

  • Engenharia de Produção

Importante na otimização de processos produtivos e de transporte de fluídos, por intermédio do conhecimento dos fenômenos de troca de calor e da movimentação de fluidos ao longo de tubulações. Importantes também para aplicações nos estudos de ciclo de vida dos produtos industrializados;

Alem destas, é também de grande importância na Engenharia Química.

QUAIS AS DIFERENÇAS FUNDAMENTAIS ENTRE FLUIDO E SÓLIDO?

  • Fluido é mole e deformável

  • Sólido é duro e muito pouco deformável

PASSANDO PARA UMA LINGUAGEM CIENTÍFICA:

  • A diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada com a estrutura molecular:

    • Sólido: 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;

    • Fluido: apresenta as moléculas com um certo grau de liberdade de movimento (força de atração pequena) e não apresentam um formato próprio.

FLUIDOS

Líquidos:

- Assumem a forma dos recipientes que os contém;

  • Apresentam um volume próprio (constante);

  • Podem apresentar uma superfície livre;

Gases e vapores:

- apresentam forças de atração intermoleculares desprezíveis;

  • não apresentam nem um formato próprio e nem um volume próprio;

  • ocupam todo o volume do recipiente que os contém.

TEORIA CINÉTICA MOLECULAR

Qualquer substância pode apresentar-se sob qualquer dos três estados físicos fundamentais, dependendo das condições ambientais em que se encontrarem”

ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA

SÓLIDO – madeira, pedra, gelo

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