Fenomenos de Transporte

Sumário

Introdução        

Escoamento permanente de fluido imcompressível em conduto forçado        

Condutos        2

Rugosidade nos condutos        2

Classificação das perdas de carga        

      Perda de carga distribuída        

      Perda de carga singular        5

Instalações de recalque        5

Energia Térmica        6

Definiçao de calor e fluxo de calor        6

Formas de transferência de calor: condução, convecção, radiação        7

Condução: Lei de Fourier para escoamento unidirecional e regime permanente        8

Convecção: Lei de Newton para escoamento unidirecional e regime permanente        9

Efeito combinado condução-convecção em superfícies planas e cilíndricas        ?

Conceito de superfícies estendidas aletas        10

Bibliografia        11

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INTRODUÇÃO

MECÂNICA DOS FLUIDOS

A mecânica dos fluidos estuda o comportamento físico dos fluidos, e também as leis que administram esse comportamento. Sendo assim como o escoamento de fluidos em canais e condutos, os esforços em barragem, a lubrificação, os corpos flutuantes, ventilação, aerodinâmica, as maquinas hidráulicas e diversos outros assuntos. Dificilmente os alunos de engenharia escapam desse assunto e por isso também é uma das matérias mais importantes ou pelo menos de grande importância para os conhecimentos básicos de um engenheiro.

Escoamento permanente de fluido incompressível em condutos forçados

As  instalações hidráulicas e seus problemas recaem nas simulações de validade da equação H1 + HM = H2 + HP1,2,  e visam a correta determinação de uma de suas resoluções, sendo assim, então, ser conhecida as outras três. Não exatamente uma regra, mas diversas vezes as interrogações dos problemas é o termo HM (carga manométrica da maquina) que utilizada no cálculo de sua própria potência. Nessas situações normalmente, H1 e H2 são conhecimento do projetista e pela própria configuração da instalação e condições que lhe são determinadas, assim como um exemplo, a vazão necessária para uma aplicação. Nesse caso devemos conhecer o temo HP1,2 (perda de carga) e por meio da equação seja possível determinar HM.

Condutos

É toda estrutura sólida, que serve para o transporte de fluidos. Os condutos tem classificações em relação ao comportamento dos fluidos no seu interior, em forçados e livres. O conduto é forçado quando o fluido que nele escoa o preenche totalmente, quando em contato com toda sua parede interna, não apresentado nenhuma superfície livre. O conduto é determinado livre quando o fluido em deslocamento apresenta uma ou mais  superfícies livres.

Rugosidade nos Condutos

Os condutos com asperezas nas paredes internas atuam na perda de carga dos fluidos em escoamento. Na maioria dos casos as asperezas não são uniformes, mas apresentam uma distribuição aleatória tanto em altura quanto em disposição. Para estudarmos consideramos asperezas as que tenham altura e distribuição uniforme, conforme na figura abaixo.

[pic 2]

Classificação das Perdas de Carga

Analisando o escoamento de fluidos em condutos é possível distinguir dois tipos de perda de carga: perda de carga distribuída e perda de cargas singulares.

Perda de carga distribuída será indicado por hf. É a que acontece ao longo de tubos retos, de seção constante, devido ao atrito das próprias partículas do fluido entre si. A perda só será considerável se houver trechos consideravelmente longos de condutos, pois o atrito acontecerá de forma distribuída ao longo deles.

Perda de cargas singulares será indicado por hs. Acontecem em locais das instalações em que o fluido sofre grande perturbação no seu escoamento. Essas perdas podem, ao contrario das anteriores, serem grandes em trechos curtos das instalações, como, por exemplo, em válvulas, mudanças de direção, alargamentos bruscos, obstruções parciais etc.

Perda de carga distribuída (h1)

Condições de validade do estudo

1. Gases que escoam com pequenas variações de pressão podem ser considerados incompressíveis.
2. Conditos longos o suficiente para que possa alcançar o regime dinamicamente estabelecido.
3. Se a seção (condutos cilíndricos/ de seções transversais) variar de local a local será calculada a perda de carga em cada trecho e depois somá-las.
4. Para o diagrama de velocidades seja o mesmo em cada seção o resgimet tem que ser dinamicamente estabelecido.
5. Rugosidade uniforme.
6. Trajetória sem maquinas

Equação da continuidade

Para as situações de fluido incompressível a equação da continuidade é

Q1 = Q2  ou  V1.A1 = V2.A2

Mas em conduto cilíndrico é A1 = A2

V1 = V2 = [pic 3][pic 4] 

Para o calculo de perda de carga distribuída, a velocidade deve ser constante em cada trecho escolhido.

Equação da energia entre seções onde não há maquinas é:

H1 = H2 + Hp12

Mas de acordo com a simulação dos trechos 1 e 6 teremos:

Hf1,2 = H1 – H2 = ∆H

Então a diferença entre as cargas totais das duas seções é igual a perda de carga distribuída entre duas seções de um conduto ou vice versa, mantida as situações 1 e 6.

Perda de carga singular

É quando ocorrem perturbações bruscas no escoamento do fluido, e elas são calculadas por uma expressão de análise dimensional, exemplo um grande alargamento.[pic 5]

Então temos que:

Hs/v² /2g = ϕ

O valor numérico ϕ, p\ra um determinado valor do numero de Reynolds e para certos coeficientes, será indicado por Ks(coeficiente de perda de carga singular)

Então  hs = Ks v²/2g

E no caso de alargamento brusco:

Ks = ϕ (Re, A1/A2)

Os valores de Ks = ϕ são achados em tabelas  de manuais de hidráulica ou catálogos de fabricantes.