O Fenômeno de Transporte

Apresentação

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        Foi dado para os alunos o projeto de um aquário, e o professor advertiu que existe varias falhas neste projeto. E realmente há para saber destas falhas somente se aprofundado um pouco no assunto, mundo do aquário, mas o objetivo maior é colocar em pratica o que o nosso digno professor tenta passar em sala de aula. O projeto consiste em confeccionar um aquário com bioma para peixes e outras espécies aquáticas. Devemos considerar a necessidade de manter a circulação da água aquecida em um tanque reserva, para o tanque principal. Determinantes importantes como vazão, pressão e escoamento farão parte integrante dos cálculos necessários desta pesquisa. Numa determinada fase da pesquisa vamos precisar entender a influência da viscosidade da água na sobrevivência dos peixes e o que é feito na prática para a manutenção da vida destes no aquário. Em fim precisaremos desenvolver nossas habilidades no desenvolvimento desta ATPS.

Na Etapa 1

        Definir a geometria que utilizará para desenvolver o reservatório principal (A1), considerando que ele tenha capacidade de 500 litros de água quando em seu nível máximo; o reservatório auxiliar (A2) com capacidade para 150 litros de água em seu nível máximo, ambos sobre pressão atmosférica; e, um duto vertical que conecta os dois reservatórios, com diâmetro interno de 32 mm e um comprimento de 150 mm do fundo do reservatório auxiliar (A2) ao centro da conexão (curva de 90°) localizada na entrada do reservatório principal (A1).

        Desenhar o esboço (layout) do projeto com as dimensões físicas dos reservatórios, e estudo dos dutos para a bomba de recalque, sistema de aquecimento e circuitos de acionamento. Desenhar o reservatório principal e o auxiliar com o auxílio de software disponível na unidade ou outro em comum acordo com o professor.

        Determinar o valor de massa de água e o peso específico da água quando o reservatório principal estiver em seu nível máximo de acordo com a geometria escolhida. Para efeito de cálculos, considerar que a massa específica da água é igual a 0,9982 g/cm3 (20 °C) para o reservatório principal (A1) e determinar a massa específica para o reservatório auxiliar (A2) que se encontrará em 30 °C. Adotar a aceleração da gravidade igual a 9,80665 m/s.

Etapa 2

        Determinar a pressão no fundo do reservatório principal e do reservatório auxiliar, quando estiver em seu nível máximo, ambos abertos a atmosfera, de acordo com a geometria estabelecida.

        Para garantir a qualidade da água e a vida dos peixes do aquário, faz-se necessária a circulação da água, oxigenação, filtragem e aquecimento da água. Para tal, recomenda-se que em 1 hora sejam filtradas de 5 a 10 vezes a capacidade do reservatório principal (A1). Considerando que o duto que conecta o reservatório auxiliar (A1) ao principal (A2) possui diâmetro interno igual a 32 mm e deva garantir a vazão dentro desses padrões, determinar por cálculo a vazão de enchimento do reservatório principal (A1), a velocidade no duto, o tempo de enchimento em minutos e a velocidade na tubulação.

        Após o aquecimento, a passagem da água quente se dá numa temperatura de 27 °C. Nessas condições, determinar através de pesquisas e/ou cálculo a viscosidade dinâmica e cinemática da água e o regime de escoamento, através do número de Reynolds, para a tubulação que faz o enchimento do reservatório principal.

        Elaborar um relatório técnico parcial, com uso de linguagem dissertativa: explicativa e/ou argumentativa, onde serão apresentadas as bases das decisões, dados obtidos nas pesquisas e cálculos envolvidos nessa etapa. O memorial de cálculo (layout) desta etapa pode ser inserido nos Apêndices e as pesquisas nos Anexos.

Etapa 1

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Estática e Cinemática dos Fluidos

Propriedades dos fluídos

Muitas vezes, nas aplicações dentro das ciências o fluído mais utilizado irá ser a água. Contudo, o profissional poderá utilizar outros tipos de fluídos, como por exemplo: óleos, mercúrio, glicerina, ou algum subproduto de agroindústria. Sendo assim, os fluídos podem ser caracterizados pelas suas propriedades. As principais propriedades são:

Peso específico-  é a relação entre o peso de uma substância e o de um volume igual de água destilada, a uma temperatura de 4°C. É o peso de uma substância por unidade de volume, densidade. Comercialmente, é usado para diferenciar os diversos tipos de combustíveis e permite calcular ainda o volume, peso e consequentemente, a tonalidade térmica que é expressa em kilo calorias por litro de mistura (cal/L).

[pic 1]

Massa Específica – é definida como a massa (m) de substância por unidade de volume (V):

[pic 2][pic 3]   [pic 4][pic 5]

Densidade - é definida como (d) a relação entre a massa específica (ou peso específico) de uma substância e uma massa específica (ou peso específico) padrão.

Para sólidos e líquidos a massa específica padrão corresponde à massa específica máxima da água na pressão atmosférica em uma temperatura de 4°C, que é igual a 1000 kg/m3.

Viscosidade – se explica pela força de coesão das moléculas do fluido no caso o combustível. Ao tentar deslocar uma camada de água sobre outra, por exemplo, é necessário vencer a força de resistência provocada pela atração entre as moléculas das duas camadas. Para os óleos lubrificantes há uma escala arbitrária estabelecida pela Society of Automotive Engineers SAE, que são expressos por dezenas inteiras, sendo o óleo mais viscoso ou menos viscoso pertencente a escala 10.

“Fluidos Newtonianos” obedecem à relação linear denominada Lei da Viscosidade de Newton.

[pic 6]

[pic 7][pic 8]

A viscosidade dinâmica -  μ, é definida como a força de cisalhamento, por unidade de área, (ou tensão de cisalhamento), requerido para arrastar uma camada de fluido com velocidade unitária para outra camada afastada a uma distância unitária.

[pic 9]

1. Definição da geometria utilizada para o desenvolvimento do aquário

Comprimento que multiplica Largura que multiplica Altura, achando o volume lembrando que a cada 1 cm3 = 1 litro = 1 kg.

Portanto nosso cálculo foi: