Fabiana Silva

DESAFIO

Neste desafio os alunos, com base na teoria proposta e orientação de seu professor, desenvolverão um projeto que será aplicado no acionamento e controle das bombas que promoverão o preenchimento dos tanques com água, assim como, o estudo das resistências que aquecerão a água. O desafio dessa atividade é desenvolver a habilidade de projetar um sistema desde o tempo de enchimento dos tanques, tempo de aquecimento da água, cálculos dos componentes para elaboração e até levantar custos para confeccionar o projeto para seu funcionamento real.

Esse desafio consiste em um estudo do controle de aquários de peixes ornamentais, uma vez que temperaturas baixas podem ser prejudiciais a esses seres de sangue frio. Indispensável para quem mora em regiões onde a temperatura costuma cair bastante, principalmente à noite o objetivo é manter a água do aquário em uma temperatura constante.

Essa temperatura é controlada por um termômetro para acompanhar mudanças bruscas na

temperatura. Para o aquecimento desses aquários pode ser utilizados um aquecedor acoplado a um tanque auxiliar com água aquecida, que é liberado ao tanque principal através de um cano, como forma de manter uma temperatura agradável ao peixe.

Na vida profissional de um engenheiro as variáveis de controle mais importantes num processo produtivo de uma empresa a serem controladas são o nível de fluidos, sua vazão e especialmente o controle de temperatura nos processos produtivos. Todas as empresas em algum momento em seu processo envolverão uma dessas variáveis, seja na produção diretamente ou na sua infraestrutura. Assim sendo, enfrentar este desafio os ajudará a agregar competências e conceitos e estarão presentes em seu dia a dia como engenheiro.

Objetivo do desafio

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

ETAPA 1

 Aula-tema: Definição e Propriedades dos Fluidos.

Essa atividade é importante para compreender as propriedades dos fluidos e calculá-los

para o desenvolvimento do projeto.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Definir a geometria que utilizará para desenvolver o tanque principal, considerando que ele

tenha 50 litros de água quando completamente cheio; o tanque auxiliar que tenha 3 litros de água quando completamente cheio e um tubo que fica quase que perpendicular e conecta 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 auxílio de software disponível na unidade ou outro em comum acordo com o professor.

Passo 2 (Equipe)

Determinar o valor de 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 específica da água é igual a 0,998 g/cm3. Adotar a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s.

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 aquários recomendam utilizar sal como uma forma de alterar a viscosidade em torno do peixe.

Bibliografia Complementar

• Halliday, D., Resnick, R., Walker, J. Fundamentos de Física, Volume 2 (Gravitação,

Ondas e Termodinâmica). 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

Passo 4 (Equipe)

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

ETAPA 2 (tempo para realização: 05 horas)

 Aula-tema: Estática dos Fluidos. Cinemática dos Fluidos.

Essa atividade é importante para compreender os conceitos envolvidos nos cálculos de pressão e vazão de fluidos.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

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.

Passo 2 (Equipe)

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 de 2 m/s, e de acordo com a geometria estabelecida.

Passo 3 (Equipe)

Calcular o número de Reynolds e descobrir qual é o regime de escoamento para a tubulação

que faz o enchimento do tanque principal.

Passo 4 (Equipe)

Elaborar um relatório parcial com os cálculos envolvidos nessa etapa.

Definição e Propriedades dos Fluidos.

Essa atividade é importante para compreender as propriedades dos fluidos e calculá-los para o desenvolvimento do projeto. Para realiza-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Definir a geometria que utilizará para desenvolver o tanque principal, considerando que ele tenha 50 litros de água quando completamente cheio; o tanque auxiliar que tenha 3 litros de água quando completamente cheio e um tubo que fica quase que perpendicular e conecta 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.

Resposta: Geometria utilizada, Paralelepípedo.

Volume = Largura x Comprimento x Altura = cm³

1dm = 10cm => 1dm³ = 1Litro

50 Litros = 50dm³ = 50000cm³ => 3 Litros = 3dm³ = 3000cm³

Tanque de 50 Litros: 50cm x 40cm x 25cm = 50000cm³ => 50L

Tanque de 3 Litros: 10cm x 12cm x 25cm = 3000cm³ => 3L

 

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 0,998 cm³. Adotar a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s².

Resposta: M(água) = ? γ(água) = ? ρ(água) = 0,998g/cm³ Volume = 50L

ρ(água) = (M(água) )/V => 0,998g/cm³ = (M(água) )/50L => M(água) = 0,998g/cm³ x 50L

M(água) = 49,9gL/cm³

γ(água) = ρ(água) x g => γ(água) = 0,998g/cm³ x 9,81m/s²

γ(água) = 0,098N/m²

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.

Resposta: 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.

Um Fator que determina a viscosidade é a Temperatura, que desempenha o papel de maior importância, pois é ela que determina o aumento ou a diminuição da viscosidade.

A viscosidade é geralmente simbolizada pela letra grega minúscula "µ" e tem a dimensão de força por unidade de área. Sua unidade no S.I. é N.s/m².

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.