Definição e Propriedades dos Fluidos

ETAPA 1 – Aula-tema: Definição e Propriedades dos Fluidos

Passo 1

Definir a geometria que utilizará para desenvolver o tanque principal, considerando que ele tem 50 litros de água quando completamente cheio; o tanque auxiliar que tenho 3litros de água quando completamente cheio e um tubo que fica quase perpendicular e conectam os dois tanques, com diâmetro de 10 cm na saída e um comprimento de 15 cm. Desenhar o layout do projeto com o dimensionamento dos tanques, dos canos, bombas, fixação das resistências e locais onde ficarão conectores e circuitos de acionamento. Desenhar o tanque principal e o auxiliar com o auxilio de software disponível na unidade ou outro em comum acordo com o professor.

Passo 2

Determinar o valor da massa de água e o peso específico da água quando o tanque principal estiver completamente cheio de acordo com a geometria escolhida. Para efeito de cálculos, considerar que a massa especifica da água é igual a 0,998 g/cm³. Adotar a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s.

Massa da água

P= 0,998 g/cm³

g= 9,81 m/s

50L = 50000 cm³

P= m/v

M=p.v=50000x0.998=49900g

Peso especifico da agua= 0.998x981= 979 g/cm^2.s

Passo 3

Pesquisar em livros da área, revistas e jornais ou sites da internet sobre a viscosidade da água e por que especialistas em aquários recomendam utilizar sal como uma forma de alterar a viscosidade em torno do peixe.

Viscosidade é a resistência apresentada por um fluido à alteração de sua forma, ou aos movimentos internos de suas moléculas umas em relação às outras. A viscosidade de um fluido indica sua resistência ao escoamento sendo o inverso da viscosidade, a fluidez. Devido a sua ligação de hidrogênio, justifica-se a causa da água ser pouco viscosa, pois a ligação estre as moléculas é muito forte, fazendo com que elas sejam muito unidas, e se há uma perturbação em uma molécula, as moléculas ao seu redor, devido a forte ligação, também sofreram consequência desta perturbação. A água em escoamento reage à tensão de cisalhamento, sofrendo uma deformação angular que é proporcional a essa tensão. Somente viscosidade, é a constante de proporcionalidade definida como a razão entre essa tensão de cisalhamento e o gradiente de velocidade.

Se adicionar sal culinário à água do aquário, isto vai aumentar a resistência dos peixes. O sal estimula a formação de viscosidade na superfície do corpo, de modo que bactérias nocivas e parasitas são parcialmente repelidas. Além disso, o sal dificulta a reprodução de bactérias na água. Por isso os especialistas em aquários recomendam utilizar sal como uma forma de alterar a viscosidade em torno do peixe.

Passo 4

Elaborar um relatório parcial com desenho do projeto e os cálculos envolvidos.

O desafio proposto tem como tema: Definição e Propriedades dos Fluidos. O objetivo é compreender as propriedades dos fluidos e calculá-los para o desenvolvimento do projeto.

Na primeira etapa foram feitos os cálculos da massa e peso especifica da água com um esboço dos tanques principal e auxiliar, e um estudo sobre viscosidade da água para facilitar o desenvolvimento do projeto. E Se adicionar sal culinário à água do aquário, isto vai aumentar a resistência dos peixes. O sal estimula a formação de viscosidade na superfície do corpo, de modo que bactérias nocivas e parasitas são parcialmente repelidos. Além disso, o sal dificulta a reprodução de bactérias na água. Por isso os especialistas em aquários recomendam utilizar sal como uma forma de alterar a viscosidade em torno do peixe.

ETAPA 2 - Aula-tema: Estática dos Fluidos. Cinemática dos Fluidos

Passo 1

Calcular a pressão no fundo do tanque principal e do tanque auxiliar, quando estiver completamente cheio, ambos abertos a atmosfera, de acordo com a geometria estabelecida.

Tanque Principal

l= 30cm

b= 70cm

h= 31,25cm

P= j.h

P= 979x31,25

P= 30591gs^-1/cm

Tanque Auxiliar

l= 10,6cm

b=11cm

h=29,25cm

P= j.h

P= 979x31,25

P= 30591gs^-1/cm

Passo 2

Encontrar qual é a vazão de enchimento da câmara e quanto tempo é gasto em minutos, considerando que o tubo que conecta o tanque principal ao auxiliar tem 10 cm de diâmetro e que a velocidade média na tubulação seja no máximo 2 m/s, e de acordo com a geometria estabelecida.

A= π x D²

A = 3,14 x (0,1)²

A= 0,0314m²

Q= 2 x 0,0314

Q= 0,0628 m³/s

Q= (0,0628 m³)/(1 s)

Tempo em Minutos

1 s _________ 0,0628 m³/s

60 s ________ X

X = 3,768 m³/min

Passo 3

Calcular o numero de Reynolds e descobrir qual é o regime de escoamento para a tubulação que faz o enchimento do tanque principal.

Re = (2*0,1)/(1*10^-6)

Re = 2*10^5

Passo 4

Elaborar um relatório parcial com os cálculos envolvidos nessa etapa.

Na segunda etapa foram feitos os cálculos de pressão dos tanques respeitando a geometria que foi escolhida, calculamos a vazão, tempo e velocidade média de enchimento da câmara considerando o tubo já conectado ao tanque principal e finalizando com o cálculo do numero de Reynolds que permite avaliar o tipo do escoamento (a estabilidade do fluxo) e pode indicar se flui de forma laminar ou turbulenta.

Bibliografia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_Reynolds

Acesso em 31/03/2013 às 17hs:45min

http://www.perguntaserespostas.net/animais-de-estimacao-2/aquariofilia/e-recomendado-juntar-sal-a-agua-quando-os-peixes-estao-doentes/

Acesso em 31/03/2013 às 16hs:00min

http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Agua02.html

Acesso 01/04/2013 às 15hs:20min

ETAPA 1

Passo 1 (Equipe)

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 sob 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).

1dm = 10cm => 1dm³ = 1Litro

500 Litros = 500dm³ = 500000cm³ => 150 Litros = 150dm³ = 150000cm³

Tanque de 500 Litros: 125cm x 50cm x 80cm = 500000cm³ => 500L

Tanque de 150 Litros: 55,15cm x 40cm x 68cm = 150000cm³ => 150L

Passo 2 (Equipe)

Determinar o valor de massa de água e o peso específico quando o tanque principal estiver completamente cheio de acordo com a geometria escolhida. Para efeito de cálculos, considerar que a massa específica da água é igual a 0,9982 cm³. Adotar a aceleração da gravidade igual a 9,80665 m/s² para o reservatório principal que está à 20 °C.e determinar a massa específica para o reservatório auxiliar (A2) que se encontrará em 30 °C.

Resposta: reservatório principal:

(T= 20ºC e P= 1atm) M(água) = γ(água) = ρ(água) = 0,9982g/cm³ Volume = 500L

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ρ(água) = (M(água) )/V => 0,9982g/cm³ = (M(água) )/500L => M(água) = 0,9982g/cm³ x 500L

M(água) = 499,100 g/cm³

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

γ(água) = ρ(água) x g => γ(água) = 0,9982g/cm³ x 9,80665m/s²

γ(água) = 9,7889N/m²

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Resposta: reservatório auxiliar

(T= 30ºC e P= 1atm)

M(água) = ? γ(água) = ? ρ(água) = 0,9982g/cm³ Volume = 500L

ρ(água) = (M(água) )/V => 0,9956g/cm³ = (M(água) )/500L => M(água) = 0,9956g/cm³ x 500L

M(água) = 497,800 g/cm³

γ(água) = ρ(água) x g => γ(água) = 0,9956g/cm³ x 9,80665m/s²

γ(água) = 9,7635N/m²

Passo 3 (aluno)

Pesquisar em livros da área, revistas e jornais ou sites da internet sobre a viscosidade da água e por que especialistas em estudos de aquários e peixes ornamentais (aquariofilia/ictiologia) recomendam o uso de sal para garantir a viscosidade (muco viscoso) em torno do peixe. Estabelecer as relações com a hidrodinâmica da locomoção dos peixes e a mecânica dos fluídos.

Passo 4 (Equipe)

Confeccionar o protótipo de um sistema bombeamento e aquecimento de água simplificado.

Trabalho da disciplina de Fenômenos de Transporte, o acadêmico apresentada as competências para identificar, analisar, documentar e solucionar problemas e necessidades passíveis de solução via cálculos. Capacidade de raciocinar logicamente Analisar, organizar, abstrair e relacionar dados e informações. Saber conciliar teoria e prática

A pesquisa foi elaborada a partir da ideia de aquecer um aquário ornamental , foi preciso desenvolver o sistema de bombeamento e aquecimento de um tanque auxiliar que ira abastecer de água aquecida um tanque principal. Com este sistema o fluxo de água mantem a circulação aumentando o nível aceitável de oxigênio na água.

Os cálculos utilizados para realização do projeto são:

Volume do tanque: Base x Altura

Massa específica: p=m/v

Peso específico: ɣ da água: 0,9982g/cm³ x 9,80665m/s² (T= 20ºC e P= 1atm)

Peso específico: ɣ da água: 0,9956g/cm³ x 9,80665m/s² (T= 30ºC e P= 1atm)

ETAPA 2

Passo 1 (Equipe)

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.

P = dgh, onde:

P = pressão 1 atm

d = densidade do líquido (água = 0,9956)

g = aceleração gravitacional (g = 9,80665m/s²)

h = altura (0,8)

P = 0,9956 . 9,80665 . 0,8 = 7,8108N/m²

Passo 2 (Equipe)

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 garantira 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.

Passo 3 (Equipe)

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.sendo

• v - velocidade média do fluido = 9,7635N/m² = 0,0976 N/cm2

• D - longitude característica do fluxo, o diâmetro para o fluxo no tubo = 0,032 cm

• μ - viscosidade dinâmica do fluido = 1,003.10-3 Ns/m2

• ρ - massa específica do fluido = 499,100 g/cm³

Re = p.v.D = 499,1 . 0,0976 . 0,032 = 1.554,12 = escoamento laminar

u 1,003.10-3