Fenômenos de Transferência - aula 1

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
ESCOLA POLITÉCNICA
DEPARTAMENTO DE RECURSOS HIDRÍCOS E MEIO
AMBIENTE - DRHIMA
EEH214 – FENÔMENOS DE
TRANSFERÊNCIA
AULA 1: CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
Rio de Janeiro, 30 de Agosto de 2016.
Prof. Liana Franco Padilha

SUMÁRIO
Conceitos e definições fundamentais
Introdução
Mecânica dos Fluidos
Fluidos e propriedades
Meio Contínuo
Limite de validade do meio contínuo
Noções básicas de forças

CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS
Introdução:
O que são fenômenos de transferência (ou de transporte)?
Estuda a transferência de quantidades de movimento (momento), energia e matéria
O processo de transporte é caracterizado pela tendência ao equilíbrio.
Transferência de calorMecânica dos Fluidos Transferência de massa
FORÇA MOTRIZ O Movimento no sentido do equilíbrio é causado por uma diferença de potencial
TRANSPORTE Alguma quantidade física é transferida
MEIO A massa e a geometria do material onde as variações ocorrem afetam a
velocidade e a direção do processo

Introdução:
Exemplos de fenômenos de transferência com interesse na engenharia:

Introdução:
FLUIDO
Estados da matéria sólido, líquido, gás e plasma.
Mecânica dos fluidos
Transferência de calor e massa
Assumem a
forma do
recipiente que
os contêm.

Meio contínuo:
Hipótese de contínuo:
x
y
z
t1
x
y
z
t2
Os meios físicos em que os processos ocorrem serão supostos de contínuos,
ou seja, distribuição contínua da matéria no espaço tridimensional (x,y,z) e no
tempo t.
Distância entre
átomos de
água: 0,96 Å
Macroscópico
Volume de controle

Limite de validade do Modelo de Meio contínuo:
Validade: Elevado número de moléculas no menor volume da matéria, em
que mantém a média estatística definida e a propriedade medida sofre uma
variação contínua.

Meio contínuo:
Quando se refere a propriedades em um ponto no meio contínuo, está
se considerando a média estatística do efeito de um grande número de
moléculas em torno deste ponto.
PROCESSO MODELAGEM SOLUÇÃO
A cada ponto do espaço corresponde um ponto do fluido;
Não existem vazios no interior do fluido;
Despreza-se a mobilidade das moléculas e os espaços intermoleculares.

Mecânica dos fluidos:
Estuda o comportamento físico dos fluidos e as leis que regem tal
comportamento. Estudo do comportamento dos fluidos em repouso
(Fluidoestática) e em movimento (Fluidodinâmica).
Dinâmica dos fluidos ou transporte de movimento

Fluidos:
É uma sustância que se deforma continuamente sob a
aplicação de uma tensão de cisalhamento (força tangencial),
não importa sua intensidade.
F
Sólido
F
Fluido
F F

Fluidos:
Compressíveis Incompressíveis
Gases Líquidos

Fluidos:
Gases
F
V1
Líquidos
F
V

Fluidos:
Gases
V2
F
Líquidos
V
F

Fluidos:
Massa específica :
Unidades:
Sistema SI kg/m3
Sistema CGS g/cm3
Sistema MKS kgf.s2/m4
Densidade

Fluidos:
Peso específico :
Unidades:
Sistema SI N/m3
Sistema CGS dines/cm3
Sistema MKS kgf/m3

Exemplo Proposto:
Colocam-se 4 kg de mercúrio (ρ = 13,6 g/cm3) em um recipiente em forma
de prisma reto de base quadrada, com área de 100 cm2 de área da base.
Determinar a altura a que se elevaria o líquido no recipiente.
Mercúrio
h

Noções básicas de forças:
Forças de superfície:
Força de atrito, pressão, cisalhamento. São externas à matéria.
Proporcionais à superfície sobre a qual atuam
Forças de campo:
Força gravitacional, elétrica e magnética. Inerentes à matéria
Proporcionais ao volume dos corpos

Forças de campo:
Lei de Newton:
A aceleração de um corpo é diretamente proporcional a força exercida
neste corpo e inversamente proporcional a massa do corpo.
Dimensões e Unidades
A força peso está relacionada com a massa e a aceleração da gravidade.

Dimensões e unidades:

Relação entre o SI e os outros sistemas
k – constante de proporcionalidade cujo valor numérico e unidades
dependem das unidades escolhidas para F, m e a.

Exercícios:
1. Colocam-se 4 kg de mercúrio (ρ = 13,6 g/cm3) em um recipiente em
forma de prisma reto de base cilíndrica, com área de 100 cm2 de área
da base. Determinar a altura a que se elevaria o líquido no recipiente.
Qual a altura que se elevaria o líquido este fosse gasolina (ρ = 0,7
g/cm3).
2. Sabe-se que 3 dm3 de um líquido possui 2550 g. Calcular o peso
específico, a massa específica e a densidade relativa deste líquido no
SI e no sistema técnico.
3. Sabendo-se que 5m3 de um óleo combustível a 27ºC pesam 42500N,
calcular o seu peso específico e sua densidade em relação à água (ρ =
1000 kg/m3.
4. Ao passar de um local onde g1= 9,78 m/s2 para um local onde g2= 9,82
m/s2, um líquido experimenta um acréscimo de peso igual a 0,12N.
Determinar a massa deste líquido em kg e lbm.

Forças de superfície:
Para um sólido, as tensões são desenvolvidas quando um material é
deformado ou cisalhado elasticamente; para um fluido, as tensões de
cisalhamento aparecem devido ao escoamento viscoso.
Fn Pressão Ft Cisalhamento

Fluido
F F

Fluido Newtoniano:

Princípio da aderência: Os
pontos de um fluido em
contato com uma superfície
sólida (placa) adquirem a
mesma velocidade dos
pontos desta, não ocorrendo
deslizamentos.

TRANSFERÊNCIA DE MASSA
, em mol.m-2.s-1)
Bibliografia:
Livi, Celso P.; (2004), Fundamentos de Fenômenos de Transporte – LTC
Editora;
Bird, R. B., Srewart, W.E. e Lightfood, E.N.(1960), Transport Phenomena
– John Wiley;
Fox, R. W., et al., Introdução à mecânica dos fluidos, LTC, Sétima
edição.
Van Ness, H.C.; Smith, J.M – Introdução à Termodinâmica da Engenharia
Química, Quinta edição, LTC;
Bennet, C. O.; Myers, J. E. – Fenômenos de Transporte, 1987,
MacGraw-Hill

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