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Possibilidade de Estudos e            Universidade            Federal                Pesquisas em Mecânica dos            ...
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Universidade    Projeto de Engenharia:         Federal         da Bahia       Aplicação Regra da Cadeia                   ...
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Universidade     Federal     da Bahia                    Objetivo da DisciplinaO curso visa apresentar ao estudante de Eng...
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Universidade         Federal         da Bahia                        Conteúdo Programático1    Obra Hydrodynamica, de Dani...
Ludwig Prandtl (1875-1953), cientista alemão       Universidade       Federal           Conteúdo       da Bahia           ...
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Universidade        Federal                         Referências        da Bahia        Bibliográficasi) Mecânica dos Fluid...
UniversidadeFederalda Bahia       Uso do Moodle
UniversidadeFederalda Bahia               O que é                    ?                     www.moodle.ufba.br
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UniversidadeFederalda Bahia               Curso ONLINE     Acesso aos livros digitais do curso               código inscr...
movimento laminar da esfera no fluido (i.e., não-turbulento)          Universidade          Federal          da Bahia     ...
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Universidade                   Obrigado pela      Federal      da Bahia                         Atenção!          www.pei....
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Fenômentos de Transporte - Introdução

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Fenômentos de Transporte - Introdução

  1. 1. Universidade DEPARTAMENTO DE Federal da Bahia ENGENHARIA QUÍMICA ENG370: Fenômenos de Transporte IAula 1 – Breve Apresentação do Curso Marcio Luis Ferreira Nascimento mlfn@ufba.br
  2. 2. Universidade Federal Estudo dos da Bahia  Fenômenos de Transporte: Por que?Stents são dispositivos vasodilatadores: uma endoprótese expansível que previne ouimpede a constrição do fluxo sanguineo
  3. 3. Ondas gigantes em Jaws, Maui, Hawaii (janeiro 2012) Universidade Federal da Bahia
  4. 4. Para Que Estudar Fenômenos Universidade Federal de Transporte?1 da Bahia Por exemplo no estudo dos fluidos é base para diversas engenharias, como a hidráulica. Mas um engenheiro nuclear pode estudar o escoamento de fluido num sistema hidráulico de um reator nuclear, enquanto um bioengenheiro pode estudar o fluxo sanguíneo nas artérias de um paciente. Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto: Angras 1 e 2. A água serve para refrigerar o reator, conforme esquema
  5. 5. Para Que Estudar Fenômenos Universidade Federal de Transporte?2 da Bahia Um engenheiro ambiental pode estar ocupado com a contaminação das vizinhanças de um deposito de lixo pelo chorume ou ainda com a eficiência de um sistema de irrigação. Um engenheiro naval pode estar interessado em investigar os riscos de mergulho em águas profundas.
  6. 6. Para Que Estudar Fenômenos Universidade Federal de Transporte?3 da Bahia Um engenheiro mecânico / aeronáutico pode projetar um sistema hidráulico dos flaps de um avião. O mesmo principio é utilizado em F1. Ao lado, patente russa de aerofólios ainda em uso: www.nextcraft.com
  7. 7. Para Que Estudar FenômenosUniversidadeFederal de Transporte?4da Bahia  Na engenheira de eventos as vezes é necessário montar / desmontar enormes cenários, basicamente por sistemas hidráulicos Esboço do projeto o palco “A Bigger Bang” do Rolling Stones (2006) e palco montado durante apresentação em Milão
  8. 8. Universidade Civil e Arquitetura – Eng. Eng. Mecânica – Aplicação nos Base do estudo de processos de usinagem, de Federal hidráulica, hidrologia e tratamento térmico, no cálculo de da Bahiaaplicações no conforto máquinas hidráulicas, base para os térmico e de edificações processos de transferência de calor nas máquinas térmicas e frigoríficas. Estudos de si- mulação hidro- Aplicação em dinamica tipo projetos de Rayleigh–Taylor aquecedores (LANL, Li & Li) APLICAÇÕES EMEng. Química –Base das ENGENHARIAS Eng. Sanitária e Ambiental –OperaçõesUnitárias, que são Estudo daa base da Eng. difusão deQuímica poluentes no ar, água e solo.Eng. Elétrica e Eletrônica – Cálculo dedissipação de potência, nas máquinas Eng. de Produção – Otimização dosprodutoras ou dissipadoras de energia processos produtivos e de transporte deelétrica, otimização do gasto de energia de fluidos. Aplicação nas análises de ciclocomputadores e dispositivos de comunicação. de vida dos processos industriais.
  9. 9. UniversidadeFederalda Bahia Aerodinâmica1 Um cartão-postal do Santos-Dumont 14-bis em 12 de novembro de 1906. Alberto Santos Dumont (1873-1932), aeronauta, esportista e inventor brasileiro www.santosdumont.14bis.mil.br
  10. 10. Universidade Dinâmica dos Fluidos ComputacionalFederal (CFD) do jato X-43A (2004) em Mach 7da Bahia Aerodinâmica2 Lockheed SR- 71 Blackbird (1966) – avião de reconheci- mento estraté- gico – Mach 3,5
  11. 11. Universidade Federal da Bahia Gotas de água proveniente de filme de água Poluição da margem do Rio Amarelo, na cidade de Lanzhou, província de Gansu, China (2006)Parque Eólico da Bahia em Brotas de Macaúbas (2011) Estudo aerodinâmico em Túnel de Vento
  12. 12. Universidade Federal Fluxo de Ar em Bolas  da Qual a razão para bolas Bahia serem tão diferentes no golfe, futebol, tênis e beisebol? Ao lançar bolas de golfe as ranhuras permitem que a mesma gire mais ao redor do seu eixo e assim consiga atingir maiores distâncias Na Copa do Mundo de 2010 a Jabulani ficou bastante conhecida pelo seu comportamento peculiar durante chutes, principalmente de longa distância. Sua nova textura de superfície, composta de ranhuras especiais, a minimização de gomos e costuras permite tal comporta- mento
  13. 13.  Os carros de Fórmula 1 se utilizam da força Universidade aerodinâmica voltada para baixo (sustentação Federal negativa) para aumentar a tração sem a necessidade Fórmula 1 da Bahia de adicionar peso significativo. A utilização de grandes valores de sustentação negativa permite altas velocidades em curvas – em seu máximo pode exceder ao dobro do peso do veículo numa velocidade de 320 km/h em linha reta.  Asas frontais, caixas dos espelhos e suportes de suspensão são cuidadosamente carenados. A fuselagem inferior do carro é cuidadosamente projetada para direcionar o escoamento do ar, com a utilização de difusores de forma a se obter a máxima pressão negativa. Cockpit de Fernando Alonso numa Ferrari (2008)
  14. 14. UniversidadeFederalda Bahia Bioengenharia1 Coração artificial – primeiro implante de sucesso em 1982 Semelhante a um transplante de coração, o coração Artificial Temporário Total SynCardia substitui tanto a falta de ventrículos quanto as quatro válvulas cardíacas (2004)
  15. 15. Universidade Federal da Bahia Bioengenharia2 Primeiro coração virtual (2009): www.heartworks.me.uk
  16. 16.  Reações nucleares liberam Universidade energia quando a massa total Federal dos produtos é menor que a da Bahia soma das massas dos núcleos iniciais.  A diferençaGeração de Energia (‘massa perdi- da’) correspon- de a energia E=mc2.  Durante a fissão, um núcleo massivo fragmenta-se em pequenos e grandes peda- ços. O processo é ma- ximizado se um nêutron colide com um nú- cleo.
  17. 17. Universidade Federal Usinas Nucleares da Bahia no Brasil: Angras 1e2 Central Nuclear AlmiranteEletronuclear (Eletrobrás Termonuclear S/A): Álvaro Alberto: Angras 1 e www.eletronuclear.gov.br 2 (a 3 encontra-se em construção) Existem hoje (julho 2012) 435 reatores nucleares em operação em 31 países gerando eletricidade para aproximadamente um bilhão de pessoas e responsáveis por aproximadamente 17% da energia elétrica mundial. Outras 62 plantas estão sendo construídas em 14 países. Em muitos países industrializados a eletricidade gerada por reatores nucleares representa a metade ou mais de todo o consumo de energia elétrica (casos da França e alguns outros países europeus). A energia nuclear tem um histórico de confiabilidade, ambientalmente segura, barata e sem emitir gases nocivos na atmosfera – embora riscos existam (ex.: Fukushima, Japão - 2011).
  18. 18. Em operação Em construção www.euronuclear.org País Universidade Número Potência (MW) Número Potência (MW ) Argentina 2 935 1 692 Armenia Federal 1 375 - - Bélgica Brasil da Bahia 7 2 5,927 1,884 - 1 - 1,245 Bulgária 2 1,906 - - Canadá 18 12,604 - - China • Continental 16 11,816 26 26,620 •Taiwan 6 5,018 2 2,600Republica Tcheca 6 3,766 - - Finlândia 4 2,736 1 1,600 França 58 63,130 1 1,600 Alemanha Hungria 9 4 12,068 1,889 - - - - Compartilhamento Índia 20 4,391 7 4,824 da energia nuclear na geração de Irã 1 915 - - Japão 50 44,215 2 2,650Republica Coréia 23 20,671 3 3,640 eletricidade (IAEA, 2010 ) México 2 1,300 - - Holanda 1 482 - - Paquistão 3 725 2 630 Romênia 2 1,300 - -Federação Russa 33 23,643 11 9,927 Republica 4 1,816 2 782 Eslovaca Eslovênia 1 688 - - África do Sul 2 1,830 - - Espanha 8 7,567 - - Suécia 10 9,325 - - Suíça 5 3,263 - - Ucrânia 15 13,107 2 1,900 Reino Unido 16 9,246 - - USA Total 104 101,465 1 1,165 Plantas nucleares no mundo (2012) 435 370,003 62 59,245
  19. 19. Possibilidade de Estudos e Universidade Federal Pesquisas em Mecânica dos da Bahia Fluidos e Nuclear Comparação da estrutura de vórtice criada por uma gota de água após impacto com uma poça de água (foto invertida de Peck e Sigurdson, 1994, esquerda) e teste nuclear acima do solo em Nevada (1957, direita).
  20. 20. Universidade  Detalhamento dos experimentos de Peck e Sigurdson (1994, 1995)Federalda Bahia
  21. 21. UniversidadeFederalda Bahia Geologia
  22. 22. UniversidadeFederal Ecologiada Bahia  CFD (Dinâmica dos Fluidos Computacional) de uma barragem de rio utilizando software Flow 3D
  23. 23. “As Veias de Água da Terra, rio Arno”, Universidade Desenhos e Papeis Diversos, Vol. IV, folio 444r Federal Leonardo da Vinci (c. 1504) da Bahia“Veias do Braço Esquerdo”, Estudos deAnatomia, folio 69r – Leonardo da Vinci(c. 1507–8)
  24. 24. Rotas de navegação Universidade Federal Estruturas da Bahia Hidráulicas  Roda de FalkirkElevador de barcos rotativo www.thefalkirkwheel.co.ukescocês (2002), que permiteembarcações pequenaspossam acessar dois canais -do União para o Estuário deClyde. A diferença na alturaentre os dois canais é de 24m. A rotação de 180º levaapenas 4 min, acomodandobarcos com dimensões de até4 m por 20 m.
  25. 25. Universidade Federal Hidrodinâmica da Bahia  Com 108 m de comprimento, velocidade de 64,8 km/h (submerso) e 33,3 km/h (superfície). Atinge até 610 m e suporta 14 oficiais e mais 126 tripulantesSubmarino nuclear SSN-21 classe Seawolf (inaugurado em 1997), de 45000 Hp
  26. 26. TornadoUniversidadeFederalda Bahia Metereologia  Ciclone tropical Hamish – 7 de março de 2009
  27. 27. Universidade Federal Calor e Termodinâmica da Bahia Schlieren, do alemão “camadas”/“raias”, correspondem a inomogeneidades óticas em materiais transparentes (como o ar) não visíveis ao olho humano. A técnica consiste na deflexão da luz por um gradiente do índice de refração Imagens Schlieren de mão em duas situações: a elevação de ar mais leve e mais quente (convecção natural) próxima do corpo indica que animais de sangue quente estão cercados por uma camada térmica ascendente de ar aquecido
  28. 28. UniversidadeFederalda Bahia Exercício: Projeto de Engenharia
  29. 29. Universidade Projeto de Engenharia: Federal da Bahia Aplicação Regra da Cadeia www.sociedadedosol.org.br Um coletor de energia solar desenvolvido para o sudeste brasileiro aquece 0,1 m3/s de água. Este líquido e levado a um reservatório cilíndrico de volume π(0,5)2h (a saber, 0,5 m). Pergunta-se: qual e a velocidade do nível de água (dh/dt) do reservatório? 1 - Reservatório 2 - Coletores 3 - Chuveiro elétrico com misturador e dimmer para apoio térmico 4 - Sistema geral de tubos Aspecto do coletor solar aplicado no telhado de uma residência
  30. 30. Universidade Projeto de Engenharia: Federal da Bahia Aplicação Regra da Cadeia Um coletor de energia solar desenvolvido para o sudeste brasileiro aquece 0,1 m3/s de água. Este liquido e levado a um reservatório cilíndrico de volume π(0,5)2h (a saber, 0,5 m). Pergunta-se: qual e a velocidade do nível de água (dh/dt) do reservatório? Tem-se que: Da análise dimensional temos que: V = π(0,5)2h 0,1 m3 π(0,5 m)2h dh = ⋅ dV s h dt = 0,1 m3/s dt Observa-se também a aplicabilidade do uso da regra da cadeia: dV dV dh V dh dh 0,127m = ⋅ = ⋅ Fazendo as contas: = dt dh dt h dt dt s
  31. 31. UniversidadeFederalda Bahia Informações sobre o Curso
  32. 32. Universidade Federal da Bahia Objetivo da DisciplinaO curso visa apresentar ao estudante de Engenharia um conhecimento básico das leis de transferência de massa, momentum e energia, conhecimento esse indispensável a uma formulação correta dos problemas correntes de Engenharia
  33. 33. Universidade Federal da Bahia Ementa do Curso Daniel Bernoulli (1700-1782) matemático suíçoPropriedades dos Fluidos. Hidrostática. Cinemática e Dinâmica dos Fluidos.Transferência de Calor e de Massa.
  34. 34. Universidade Federal da Bahia Conteúdo Programático1 Obra Hydrodynamica, de Daniel Bernoulli (1738), considerado o primeiro trabalho no mundo INTRODUÇÃO 1.1. Definição de um fluido 1.2. Domínio da mecânica dos fluidos 1.3. Equações básicas 1.4. Métodos de análise 1.5. Dimensões e unidades CONCEITOS FUNDAMENTAIS 2.1. O fluido como um contínuo 2.2. Campo de velocidade 2.3. Campo de tensões 2.4. Fluido Newtoniano: viscosidade 2.5. Descrição e classificação dos escoamentos de fluidos
  35. 35. Ludwig Prandtl (1875-1953), cientista alemão Universidade Federal Conteúdo da Bahia Programático2 ESTÁTICA DOS FLUIDOS 3.1. Pressão em um ponto 3.2. Equação básica da estática dos fluidos 3.3. Pressões instrumentais e absolutas 3.4. Sistemas hidráulicos 3.5. Forças hidráulicas em superfícies submersas 3.6. Flutuações e estabilidade EQUAÇÕES BÁSICAS NA FORMA INTEGRAL PARA O VOLUME DE CONTROLE 4.1. Leis básicas para um sistema 4.2. Relação entre as derivadas do sistema e a formulação do volume de controle 4.3. Conservação da massa 4.4.Equação da quantidade de movimento linear para um volume de controle inercial 4.5. Equação da quantidade de movimento angular para um volume de controle inercial 4.6. A Primeira Lei da Termodinâmica 4.7. A Segunda Lei da Termodinâmica
  36. 36. Universidade Federal da Bahia Conteúdo Programático3 Leonhard Euler (1707-1782), matemático físico, astrônomo, filósofo, educador e engenheiro suíço DINÂMICA DO ESCOAMENTO INCOMPRESSIVEL NÃO VISCOSO 5.1. Campo de tensões em um escoamento não viscoso 5.2. Equação da quantidade de movimento para escoamento livre de fricção – Equação de Euler Caramelo de açúcar, mostrando comporta- 5.3. Equação de Bernoulli mento viscoso 5.4. Pressão estática de estagnação e dinâmica 5.5. Relação entre a Primeira Lei da Termodinâmica e a Equação de BernoulliExemplos de computaçãode dinâmica dos fluidos(DFC)
  37. 37. Universidade Federal da Bahia Conteúdo Programático4 Edgar Buckingham (1867-1940), físico americano ANÁLISE DIMENSIONAL E SIMILARIDADE 6.1 Natureza da análise dimensional 6.2 Teorema de Buckingham 6.2. Procedimento detalhado para o uso do Teorema de Buckingham 6.4. Significado físico de grupos adimensionais usuais 6.5 Similaridade de escoamento e estudos de modelos 6.6. Similaridade estabelecida através das equações diferenciais Foto Schlieren do aquecimento do ar entorno de um braço ESCOAMENTO VISCOSO INCOMPRESSÍVEL 7.1 Cálculo de perda de carga 7.2 Solução dos problemas de escoamento em canos
  38. 38. UniversidadeFederalda Bahia Cronograma Tentativo
  39. 39. Universidade Federal Referências da Bahia Bibliográficasi) Mecânica dos Fluidos – Çengel & Cimbala – Ed. McGraw-Hill (2006)ii) Introdução a Mecânica dos Fluidos – Fox, Pritchard & Mcdonald – Ed. LTC (2006)iii) Fenômenos de Transporte – Bird, Stewart & Lightfoot – Ed. LTC (2004)iv) Fenômenos de Transporte para Engenharia – Braga Filho – Ed. LTC (2006)v) Fenômenos de Transporte para Engenharia – Roma – Ed. Rima (2006)vi) Fundamentos de Física – Halliday, Resnick & Walker – (2009)vii) The Genesis of Fluid Mechanics – Calero – Springer (2008)
  40. 40. UniversidadeFederalda Bahia Uso do Moodle
  41. 41. UniversidadeFederalda Bahia O que é ? www.moodle.ufba.br
  42. 42. UniversidadeFederalda Bahia Acesso ao
  43. 43. UniversidadeFederalda Bahia Curso ONLINE  Acesso aos livros digitais do curso código inscrição: FT2012
  44. 44. movimento laminar da esfera no fluido (i.e., não-turbulento) Universidade Federal da Bahia Avaliações1 Nas provas de unidade será permitido ao aluno trazer apenasuma folha A4 pessoal para consulta, assinada e datada; A folha deverá conter registros originais feitos com caneta azul; Não serão aceitas folhas com fotocópias (P&B ou coloridas); Não serão aceitas folhas com registros a lápis; Não serão aceitas folhas diferentes de UMA FOLHA A4; Nas provas SUBSTITUTIVA NÃO serão permitidos os usos destas folhas deconsulta; As provas de unidade podem ter questões opcionais. As provasSUBSTITUTIVA NÃO trazem questões opcionais; Para elaboração das provas é permitido o uso de máquina de calcular; Evite arredondar ou truncar números. Erros de aproximação, erros de contaassim como erros de unidades são considerados na nota; Não haverá 2ª chamada da última prova de unidade. Casos excepcionaisdevem ser tratados dentro dos trâmites legais da UFBA;
  45. 45. Universidade Federal Avaliações2 da Bahiaentrada de combustível câmara de compressor combustão turbina entrada de ar saída de gases quentes Metodologia para correção das provas escritas:1. Ao acertar a questão, naturalmente receberá nota completa. Ao errar algum “detalhe”, usualmente receberá uma nota com fração equiavalente entre ¼ e 1/3 da questão. Por exemplo, ao errar numa questão que vale 2,5 , a nota da questão deve ser zero caso não apresente nada significativo ou conteúdo grosseiro. O fato de não acertar completamente tambem implicará numa nota menor.2. A aprovação na disciplina requer uma nota minima, portanto, não conte com “aproximações” para sua aprovação.3. Listas de exercicios são opcionais e não serão consideradas nas notas.
  46. 46. Universidade Federal Cronograma Tentativo & da Bahia Presença Arquimedes de Siracusa (287-212 a.C.) por Domenico Fetti (1620 d.C.)1a. PROVA : 15/01/2013 (3ª)2a. PROVA : 05/03/2013 (3ª)3a. PROVA : 26/03/2013 (3ª)2ª chamada (SUBSTITUTIVA) :1ª OU 2ª prova = 02/04 (3ª)Limite de faltas = 25% de 68h = 17h = 8 aulas (16hs)A partir da 9ª ausência em sala de aula (18 faltas), estará caracterizada areprovação por falta.Atrasos serão registrados como uma falta. Um dia de aula perdido = duasfaltasAcesso ao material: www.moodle.ufba.br, procurar curso de ENG370 naEscola Politécnica (senha: FT2012)
  47. 47. Universidade Federal da Bahia NETiqueta Por gentileza não utilizar equipamentos eletrônicos (principalmente computadores) Evitar o uso de celulares, tablets e internet em sala
  48. 48. Universidade Federal da Bahia Equacao-Jaime Wanner La mathematica é l’alfabeto nel quale DIO há escrito l’universo Galileo Galilei
  49. 49. Universidade Obrigado pela Federal da Bahia Atenção! www.pei.ufba.brDepartamento de Engenharia Química Escola Politécnica PROCESSOS DE TECNOLOGIA www.protec.ufba.br

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