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FENÔMENOS DE TRANSPORTEDefinições e Conceitos Fundamentais

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CAPÍTULO 1.

DEFINIÇÕES E CONCEITOS

FUNDAMENTAIS

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FENÔMENOS DE TRANSPORTE

Engenharia Civil e Arquitetura: Constitui a base do estudo de

hidráulica e hidrologia e tem aplicações no conforto térmico em

edificações.

A expressão Fenômenos de transporte refere-se ao estudo

sistemático e unificado da transferência de quantidade de movimento,

energia e matéria. O assunto inclui as disciplinas de mecânica dos

fluidos, a transferência de calor e a transferência de massa. A primeira

trata do transporte da quantidade de movimento, a segunda, do

transporte de energia, enquanto que a terceira, do transporte

(transferência) de massa entre as espécies químicas.

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Aplicações Residenciais e Comerciais

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Aplicações na Indústria

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Aplicações na Indústria

6


Aplicações no Meio Ambiente

7


Aplicações na Medicina

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Aplicações nas Fronteiras Tecnológicas

Perda de cargaForças de arrasteTrocas de calor

Troca de substâncias entre fases

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O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma (1940)

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS

• Quais as diferenças fundamentais entre fluido e sólido????

SÓLIDO é duro e muito pouco deformável.

FLUIDO é mole e deformável.

- A diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada

com a estrutura molecular:

• SÓLIDO: as moléculas sofrem forte força de atração.

• FLUIDO: apresenta as moléculas com um certo grau de

liberdade de movimento (força de atração pequena).

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Fluidos: Líquidos e Gases

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.

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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

ESTADO VOLUME E FORMA DA AMOSTRA

DENSIDADE COMPRESSIBILIDADE

Gasoso Adota o volume e a forma do recipiente

Baixa Facilmente comprimido

Líquido Tem volume definido, adota a forma do recipiente

Elevada Quase incompressível

Sólido Tem volume e forma definidos

Elevada Quase incompressível

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TEORIA CINÉTICA MOLECULAR

“Qualquer substância pode apresentar-se sob qualquer dos três

estados físicos fundamentais, dependendo das condições

ambientais em que se encontrarem”.

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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 pelocomportamento que apresentam em face às forçasexternas.

Por exemplo, se uma força decompressão fosse usada paradistinguir um sólido de um fluido,este último seria inicialmentecomprimido e, a partir de um certoponto ele se comportaria exatamentecomo se fosse um sólido, isto é, seriaincompressível.

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FLUIDOS X SÓLIDOS

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.

F

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FLUIDOS X SÓLIDOS

- Já os sólidos, ao serem solicitados por esforços, podem

resistir, deformar-se e ou até mesmo cisalhar.

- 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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FLUIDOS

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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PROPRIEDADE 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

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PROPRIEDADE DOS FLUIDOSMassa específica -

Sistema SI............................Kg/m3

Sistema CGS.........................g/cm3

Sistema MKfS........................Kgf.m-4.s2

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

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PESO ESPECÍFICO -

É a razão entre o peso de um dado fluido e o volume que o contém.

V

G

volume

peso

Nos sistemas usuais:

Sistema SI............................N/m3

Sistema CGS.........................dines/cm3

Sistema MKfS........................Kgf/m3

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Relação entre peso específico e massa específica

PESO ESPECÍFICO RELATIVO PARA LÍQUIDOS (γr)

γH2O = 1.000 kgf/m3

gV

gm

V

G

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VOLUME ESPECÍFICO - Vs

Vs= 1/γ =V/W

É definido como o inverso do peso específico.


Sistema SI............................m3/N

Sistema CGS......................... cm3/dines

Sistema MKfS........................ m3/Kgf

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DENSIDADE RELATIVA- δ (ou Densidade)

É a relação entre a massa específica de uma substância e a de

outra tomada como referência.

δ =

o

Para os líquidos, a referência adotada é a água a 4oC.


Sistema SI.....................ρ0 = 1000kg/m3

Sistema MKfS ............... ρ0 = 102 kgf.m-4 .s2

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DENSIDADE RELATIVA - δ (ou Densidade)

Para os gases, a referência é o ar atmosférico a 0oC.


Sistema SI................. ρ0 = 1,29 kg/m3

Sistema MKfS .............ρ0 = 0,132 kgf.m-4 .s2

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HIDROSTÁTICA repouso ou equilíbrio (1ª e 3ª leis de Newton)

HIDRODINÂMICA movimento (complexo e será tratado

superficialmente)

Fluido= substância que flui (gás ou líquido)

Gás é o fluido que pode ser facilmente comprimido e um líquido é praticamente incompressível.

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- VISCOSIDADE: a massa específica e o peso específico são

propriedades que indicam o “peso” de um fluido.

- Não caracterizam o comportamento dos fluidos.

- Propriedade adicional: FLUIDEZ = VISCOSIDADE (μ)

- A taxa de deformação de um fluido é diretamente ligada à

viscosidade do fluido.

- Para uma determinada tensão, um fluido altamente viscoso

deforma-se numa taxa menor do que um fluido com baixa

viscosidade.

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- LEI DA VISCOSIDADE DE NEWTON: É a propriedade física

que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, a

uma dada temperatura. Define-se pela lei de Newton da

viscosidade:

τ = taxa de deformação angular do fluido;μ = constante é o coeficiente de viscosidade;u = velocidade do fluido;y = distância entre as placas.

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- Muitos fluidos, como a água ou a maioria dos gases,

satisfazem os critérios de Newton e por isso são conhecidos

como fluidos newtonianos. Os fluidos não newtonianos têm um

comportamento mais complexo e não linear.

- As suspensões coloidais, as emulsões e os géis são exemplos

de fluidos não newtonianos, como o sangue, o ketchup, as

suspensões de amido, as tintas e o petróleo. O coeficiente de

viscosidade desses fluidos não é constante.

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VISCOSIDADE CINEMÁTICA: é o quociente entre a viscosidade

dinâmica e a massa específica.

No SI: ν é m²/s.

No sistema CGS: é utilizada a unidade Stokes (St), sendo um Stokes

igual a 10−4 m²/s.

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FLUIDO IDEAL: é aquele cuja viscosidade é nula; ou seja, é um

fluido que escoa sem perdas de energia por atrito.

FLUIDO OU ESCOAMENTO INCOMPRESSÍVEL: é o fluido cujo

volume não varia ao modificar a pressão; sua massa específica não

varia com a pressão. Líquidos e gases a pressões baixas.

EQUAÇÃO DE ESTADO DOS GASES: Quando o fluido não puder ser

considerado incompressível e, ao mesmo tempo, houver efeitos

térmicos, haverá necessidade de determinar as variações da massa

específica ρ em função da pressão e da temperatura.

P = RTρ

P1 ρ2= T1

P2 ρ1 T2

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PROPRIEDADE DOS FLUIDOSESCOAMENTO LAMINAR E TURBULENTO

ESCOAMENTO LAMINAR (a): é utilizada para indicar um

escoamento que se processa em lâminas ou camadas, que deslizam

umas sobre as outras sem mistura macroscópica.

ESCOAMENTO TURBULENTO (b): os componentes da velocidade

sofrem flutuações aleatórias impostas a seus valores médios e

aparecem turbilhões, provocando mistura macroscópica.

Obrigada!!!!!!!

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