Fenomenos De Transporte

profissional.

AUTORIA:

Neilo Marcos Trindade

AESA

.

Engenharia de Produção - 4ª Série - Fenômenos de Transporte

Neilo Trindade

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COMPETÊNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências e

habilidades que constam nas Diretrizes Curriculares Nacionais descritas a seguir.

Aplicar conhecimentos matemáticos, científicos, tecnológicos e instrumentais à

Engenharia.

Projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados.

Conceber, projetar e analisar sistemas, produtos e processos.

Planejar, supervisionar, elaborar e coordenar projetos e serviços de Engenharia.

Produção Acadêmica

• Relatórios parciais de cada etapa com os cálculos envolvidos;

• Relatório Final com apresentação em Microsoft Power Point.

Participação

Essa atividade será, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte,

pelo grupo. Para tanto, os alunos deverão:

• organizar-se, previamente, em equipes de 4 a 6 participantes

• entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina e

• observar, no decorrer das etapas, as indicações: Aluno e Equipe.

Padronização

O material escrito solicitado nessa atividade deve ser produzido de acordo com as

normas da ABNT1, com o seguinte padrão:

• em papel branco, formato A4;

• com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm;

• fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta;

• espaçamento de 1,5 entre linhas;

• se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com

um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas;

• com capa, contendo:

• nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina;

• nome e RA de cada participante;

• título da atividade;

• nome do professor da disciplina;

• cidade e data da entrega, apresentação ou publicação.

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

1 Consultar o Manual para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos. Unianhanguera. Disponível em:

<http://www.unianhanguera.edu.br/anhanguera/bibliotecas/normas_bibliograficas/index.html>.

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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 (tempo para realização: 05 horas)

Aula-tema: Definição e Propriedades dos Fluidos.

Essa atividade é importante para compreender as propriedades dos fluidos e calculálos

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)

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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.

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ETAPA 3 (tempo para realização: 05 horas)

Aula-tema: equação de energia para regime permanente.

Essa atividade é importante para compreender os conceitos envolvidos na Equação de

Bernoulli e interpretar a perda de carga.

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

Passo 1 (Equipe)

Pesquisar em livros da área, revistas e jornais ou sites da internet sobre em quais condições

ou hipóteses se pode utilizar a Equação de Bernoulli e quais as considerações devem ser

feitas no seu projeto para que a mesma seja utilizada.

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 2 (Equipe)

Calcular a pressão na entrada do tanque principal, considerando que os 15 cm de comprimento

do tubo seja igual à altura de diferença entre o tanque principal e o tanque auxiliar e que o

tanque principal seja aberto à atmosfera. Considerar que a velocidade no tubo varia de 1,95 m/s

até 2,05 m/s.

Passo 3 (Equipe)

Calcular a energia térmica ou interna no tubo por unidade de peso, supondo que o

escoamento é adiabático, isto é, sem trocas de calor e esse aquecimento é provocado pelo

atrito do líquido com o tubo. 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 4 (Equipe)

Elaborar um relatório parcial com os cálculos envolvidos nessa etapa.

ETAPA 4 (tempo para realização: 05 horas)

Aula-tema: Energia Térmica

Essa atividade é importante para compreender os processos de transferência de calor

por radiação.

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

Passo 1 (Equipe)

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Pesquisar sobre resistências térmicas como as que são utilizadas em chuveiros ou torneiras

elétricas, coletar os dados de tensão, corrente, potência e verificar como devem ser instaladas

corretamente. Calcular a radiação térmica emitida pela resistência no tanque auxiliar,

considerando a temperatura de aquecimento definida pela própria equipe, também

considerar para o cálculo a água no tanque inicialmente a temperatura ambiente, a geometria

da resistência e uma emissividade da superfície de 80%.

Passo 2 (Equipe)

Calcular a taxa de transferência de calor das paredes do tanque para o ambiente a partir da

geometria do projeto, da condutividade do material que será utilizado na confecção e da

variação da temperatura que será estabelecida, considerando a temperatura na água

aquecida pelos resistores e a temperatura ambiente ao redor do tanque. A partir dos

resultados, descobrir qual a porcentagem de perda de calor entre as resistências até chegar ao

ambiente.

Bibliografia Complementar

• Incropera, Frank P. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. 6. ed. Rio de

Janeiro: LTC Editora, 2008.

Passo 3 (Equipe)

Fazer um levantamento de possíveis fornecedores, custo e disponibilidade dos componentes,

envolvidos no projeto. Fazer um detalhamento do seu projeto, cronograma das etapas de

montagem com tempo dedicado a cada etapa, verificar os eventuais ajustes que se façam

necessários.

Verificar com a equipe os custos do projeto e adquirir os itens necessários para a confecção

do seu projeto. Lembrar que a reutilização de algum componente e utilização de materiais

reciclados são sempre bem vindos.

Consultar os professores e o técnico responsável pelo laboratório quanto a fazer uma reserva

de horário para que a equipe possa montar o projeto no local. Lembrar-se de registrar com

fotos e vídeos todo o processo de montagem.

Passo 4 (Equipe)

Fazer uma apresentação em Microsoft PowerPoint que contemple as etapas individuais e totais

do seu projeto. Apresentar ao professor envolvido na ATPS e demais convidados a sua

apresentação em Power Point e o funcionamento do seu projeto.

Livro-texto da disciplina:

Brunetti, Franco. Mecânica dos Fluidos. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.