Breve introdução a FT

1. Universidade DEPARTAMENTO DE
Federal
da Bahia ENGENHARIA QUÍMICA
ENG370: Fenômenos de
Transporte I
Aula 1 – Breve Apresentação do
Curso
Marcio Luis Ferreira Nascimento
mlfn@ufba.br

2. Universidade
Federal
Estudo dos
da Bahia

Fenômenos de
Transporte: Por que?
Stents são dispositivos vasodilatadores: uma endoprótese expansível que previne ou
impede a constrição do fluxo sanguineo

3. Ondas gigantes em Jaws, Maui, Hawaii (janeiro 2012)
Universidade
Federal
da Bahia

4. Para Que Estudar Fenômenos
Universidade
Federal
de Transporte?1
da Bahia
 Por exemplo no estudo dos fluidos é base para diversas
engenharias, como a hidráulica. Mas um engenheiro
nuclear pode estudar o escoamento de fluido num sistema
hidráulico de um reator nuclear, enquanto um
bioengenheiro pode estudar o fluxo sanguíneo nas artérias
de um paciente.
Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto: Angras
1 e 2. A água serve para refrigerar o reator,
conforme esquema

5. Para Que Estudar Fenômenos
Universidade
Federal
de Transporte?2
da Bahia
 Um engenheiro ambiental pode estar ocupado com a
contaminação das vizinhanças de um deposito de lixo pelo
chorume ou ainda com a eficiência de um sistema de
irrigação. Um engenheiro naval pode estar interessado em
investigar os riscos de mergulho em águas profundas.

6. Para Que Estudar Fenômenos
Universidade
Federal
de Transporte?3
da Bahia
 Um engenheiro mecânico /
aeronáutico pode projetar um sistema
hidráulico dos flaps de um avião.
O mesmo principio
é utilizado em F1.
Ao lado, patente
russa de aerofólios
ainda em uso:
www.nextcraft.com

7. Para Que Estudar Fenômenos
Universidade
Federal
de Transporte?4
da Bahia
 Na engenheira de eventos as
vezes é necessário montar /
desmontar enormes cenários,
basicamente por sistemas
hidráulicos
Esboço do projeto o
palco “A Bigger Bang”
do Rolling Stones
(2006) e palco montado
durante apresentação
em Milão

8. Universidade Civil e Arquitetura –
Eng. Eng. Mecânica – Aplicação nos
Base do estudo de processos de usinagem, de
Federal
hidráulica, hidrologia e tratamento térmico, no cálculo de
da Bahiaaplicações no conforto máquinas hidráulicas, base para os
térmico e de edificações processos de transferência de calor
nas máquinas térmicas e frigoríficas.
Estudos de si-
mulação hidro-
Aplicação em
dinamica tipo
projetos de
Rayleigh–Taylor
aquecedores
(LANL, Li & Li)
APLICAÇÕES EM
Eng. Química –
Base das ENGENHARIAS Eng. Sanitária
e Ambiental –
Operações
Unitárias, que são Estudo da
a base da Eng. difusão de
Química poluentes no
ar, água e solo.
Eng. Elétrica e Eletrônica – Cálculo de
dissipação de potência, nas máquinas Eng. de Produção – Otimização dos
produtoras ou dissipadoras de energia processos produtivos e de transporte de
elétrica, otimização do gasto de energia de fluidos. Aplicação nas análises de ciclo
computadores e dispositivos de comunicação. de vida dos processos industriais.

9. Universidade
Federal
da Bahia
Aerodinâmica1
Um cartão-postal do Santos-Dumont
14-bis em 12 de novembro de 1906.
Alberto Santos Dumont (1873-1932),
aeronauta, esportista e inventor brasileiro
www.santosdumont.14bis.mil.br

10. Universidade
Dinâmica dos Fluidos Computacional
Federal
(CFD) do jato X-43A (2004) em Mach 7
da Bahia
Aerodinâmica2
Lockheed SR-
71 Blackbird
(1966) – avião
de reconheci-
mento estraté-
gico – Mach
3,5

11. Universidade
Federal
da Bahia
Gotas de água proveniente de
filme de água
Poluição da margem do Rio Amarelo, na
cidade de Lanzhou, província de Gansu,
China (2006)
Parque Eólico da Bahia em Brotas de Macaúbas (2011) Estudo aerodinâmico em Túnel de Vento

12. Universidade
Federal Fluxo de Ar em Bolas
 da Qual a razão para bolas
Bahia
serem tão diferentes no
golfe, futebol, tênis e
beisebol?
 Ao lançar bolas de golfe as ranhuras
permitem que a mesma gire mais ao
redor do seu eixo e assim consiga
atingir maiores distâncias
 Na Copa do Mundo de
2010 a Jabulani ficou
bastante conhecida pelo
seu comportamento
peculiar durante chutes,
principalmente de longa
distância. Sua nova
textura de superfície,
composta de ranhuras
especiais, a minimização
de gomos e costuras
permite tal comporta-
mento

13.  Os carros de Fórmula 1 se utilizam da força
Universidade
aerodinâmica voltada para baixo (sustentação
Federal
negativa) para aumentar a tração sem a necessidade
Fórmula 1
da Bahia
de adicionar peso significativo. A utilização de
grandes valores de sustentação negativa permite
altas velocidades em curvas – em seu máximo pode
exceder ao dobro do peso do veículo numa
velocidade de 320 km/h em linha reta.
 Asas frontais, caixas dos espelhos e
suportes de suspensão são
cuidadosamente carenados. A fuselagem
inferior do carro é cuidadosamente
projetada para direcionar o escoamento do
ar, com a utilização de difusores de forma a
se obter a máxima pressão negativa.
Cockpit de Fernando Alonso numa Ferrari (2008)

14. Universidade
Federal
da Bahia
Bioengenharia1
Coração artificial – primeiro implante
de sucesso em 1982
Semelhante a um transplante de coração, o
coração Artificial Temporário Total SynCardia
substitui tanto a falta de ventrículos quanto as
quatro válvulas cardíacas (2004)

15. Universidade
Federal
da Bahia
Bioengenharia2
 Primeiro coração virtual (2009): www.heartworks.me.uk

16.  Reações nucleares liberam
Universidade
energia quando a massa total
Federal
dos produtos é menor que a
da Bahia
soma das massas dos
núcleos iniciais.
 A diferença
Geração de Energia
(‘massa perdi-
da’) correspon-
de a energia
E=mc2.
 Durante a
fissão, um
núcleo massivo
fragmenta-se
em pequenos e
grandes peda-
ços. O
processo é ma-
ximizado se um
nêutron colide
com um nú-
cleo.

17. Universidade
Federal
Usinas Nucleares
da Bahia no Brasil: Angras
1e2
Central Nuclear Almirante
Eletronuclear (Eletrobrás Termonuclear S/A): Álvaro Alberto: Angras 1 e
www.eletronuclear.gov.br 2 (a 3 encontra-se em
construção)
 Existem hoje (julho 2012) 435 reatores nucleares em operação em 31
países gerando eletricidade para aproximadamente um bilhão de
pessoas e responsáveis por aproximadamente 17% da energia elétrica
mundial. Outras 62 plantas estão sendo construídas em 14 países.
 Em muitos países industrializados a eletricidade gerada por reatores
nucleares representa a metade ou mais de todo o consumo de energia
elétrica (casos da França e alguns outros países europeus).
 A energia nuclear tem um histórico de confiabilidade,
ambientalmente segura, barata e sem emitir gases nocivos na
atmosfera – embora riscos existam (ex.: Fukushima, Japão - 2011).

18. Em operação Em construção
www.euronuclear.org
País
Universidade
Número Potência (MW) Número Potência (MW )
Argentina 2 935 1 692
Armenia Federal
1 375 - -
Bélgica
Brasil
da Bahia
7
2
5,927
1,884
-
1
-
1,245
Bulgária 2 1,906 - -
Canadá 18 12,604 - -
China
• Continental 16 11,816 26 26,620
•Taiwan 6 5,018 2 2,600
Republica Tcheca 6 3,766 - -
Finlândia 4 2,736 1 1,600
França 58 63,130 1 1,600
Alemanha
Hungria
9
4
12,068
1,889
-
-
-
-
Compartilhamento
Índia 20 4,391 7 4,824 da energia nuclear
na geração de
Irã 1 915 - -
Japão 50 44,215 2 2,650
Republica Coréia 23 20,671 3 3,640 eletricidade (IAEA,
2010 )
México 2 1,300 - -
Holanda 1 482 - -
Paquistão 3 725 2 630
Romênia 2 1,300 - -
Federação Russa 33 23,643 11 9,927
Republica
4 1,816 2 782
Eslovaca
Eslovênia 1 688 - -
África do Sul 2 1,830 - -
Espanha 8 7,567 - -
Suécia 10 9,325 - -
Suíça 5 3,263 - -
Ucrânia 15 13,107 2 1,900
Reino Unido 16 9,246 - -
USA
Total
104 101,465 1 1,165
Plantas nucleares no
mundo (2012)
435 370,003 62 59,245

19. Possibilidade de Estudos e
Universidade
Federal
Pesquisas em Mecânica dos
da Bahia
Fluidos e Nuclear
 Comparação da
estrutura de
vórtice criada
por uma gota de
água após
impacto com
uma poça de
água (foto
invertida de
Peck e
Sigurdson, 1994,
esquerda) e
teste nuclear
acima do solo
em Nevada
(1957, direita).

20. Universidade  Detalhamento dos experimentos de Peck e Sigurdson (1994, 1995)
Federal
da Bahia

21. Universidade
Federal
da Bahia
Geologia

22. Universidade
Federal
Ecologia
da Bahia  CFD (Dinâmica dos Fluidos Computacional)
de uma barragem de rio utilizando software
Flow 3D

23. “As Veias de Água da Terra, rio Arno”,
Universidade
Desenhos e Papeis Diversos, Vol. IV, folio 444r
Federal
Leonardo da Vinci (c. 1504)
da Bahia
“Veias do Braço Esquerdo”, Estudos de
Anatomia, folio 69r – Leonardo da Vinci
(c. 1507–8)

24. Rotas de navegação
Universidade
Federal
Estruturas
da Bahia Hidráulicas
 Roda de Falkirk
Elevador de barcos rotativo www.thefalkirkwheel.co.uk
escocês (2002), que permite
embarcações pequenas
possam acessar dois canais -
do União para o Estuário de
Clyde. A diferença na altura
entre os dois canais é de 24
m. A rotação de 180º leva
apenas 4 min, acomodando
barcos com dimensões de até
4 m por 20 m.

25. Universidade
Federal
Hidrodinâmica
da Bahia  Com 108 m de comprimento, velocidade de 64,8 km/h
(submerso) e 33,3 km/h (superfície). Atinge até 610 m
e suporta 14 oficiais e mais 126 tripulantes
Submarino nuclear SSN-21 classe Seawolf (inaugurado em 1997), de 45000 Hp

26. Tornado
Universidade
Federal
da Bahia
Metereologia
 Ciclone tropical Hamish – 7 de março de 2009

27. Universidade
Federal Calor e Termodinâmica
da Bahia Schlieren, do alemão “camadas”/“raias”, correspondem a inomogeneidades
óticas em materiais transparentes (como o ar) não visíveis ao olho humano.
A técnica consiste na deflexão da luz por um gradiente do índice de refração
 Imagens Schlieren de mão em duas situações: a elevação de
ar mais leve e mais quente (convecção natural) próxima do
corpo indica que animais de sangue quente estão cercados
por uma camada térmica ascendente de ar aquecido

28. Universidade
Federal
da Bahia
Exercício:
Projeto de
Engenharia

29. Universidade Projeto de Engenharia:
Federal
da Bahia Aplicação Regra da Cadeia
www.sociedadedosol.org.br
 Um coletor de energia solar desenvolvido para o sudeste brasileiro
aquece 0,1 m3/s de água. Este líquido e levado a um reservatório
cilíndrico de volume π(0,5)2h (a saber, 0,5 m). Pergunta-se: qual e
a velocidade do nível de água (dh/dt) do reservatório?
1 - Reservatório
2 - Coletores
3 - Chuveiro elétrico com misturador e
dimmer para apoio térmico
4 - Sistema geral de tubos
Aspecto do coletor solar aplicado
no telhado de uma residência

30. Universidade Projeto de Engenharia:
Federal
da Bahia Aplicação Regra da Cadeia
 Um coletor de energia solar desenvolvido para o sudeste brasileiro
aquece 0,1 m3/s de água. Este liquido e levado a um reservatório
cilíndrico de volume π(0,5)2h (a saber, 0,5 m). Pergunta-se: qual e
a velocidade do nível de água (dh/dt) do reservatório?
Tem-se que: Da análise dimensional temos que:
V = π(0,5)2h 0,1 m3 π(0,5 m)2h dh
= ⋅
dV s h dt
= 0,1 m3/s
dt
Observa-se também a aplicabilidade do uso da regra da cadeia:
dV dV dh V dh dh 0,127m
= ⋅ = ⋅ Fazendo as contas: =
dt dh dt h dt dt s

31. Universidade
Federal
da Bahia
Informações
sobre o Curso

32. Universidade
Federal
da Bahia
Objetivo da Disciplina
O curso visa apresentar ao estudante de Engenharia
um conhecimento básico das leis de transferência
de massa, momentum e energia, conhecimento
esse indispensável a uma formulação correta dos
problemas correntes de Engenharia

33. Universidade
Federal
da Bahia
Ementa do Curso
Daniel Bernoulli (1700-1782) matemático suíço
Propriedades dos Fluidos.
Hidrostática. Cinemática e
Dinâmica dos Fluidos.
Transferência de Calor e de
Massa.

34. Universidade
Federal
da Bahia
Conteúdo Programático1
Obra Hydrodynamica, de Daniel Bernoulli (1738),
considerado o primeiro trabalho no mundo
 INTRODUÇÃO
 1.1. Definição de um fluido
 1.2. Domínio da mecânica dos fluidos
 1.3. Equações básicas
 1.4. Métodos de análise
 1.5. Dimensões e unidades
 CONCEITOS FUNDAMENTAIS
 2.1. O fluido como um contínuo
 2.2. Campo de velocidade
 2.3. Campo de tensões
 2.4. Fluido Newtoniano: viscosidade
 2.5. Descrição e classificação dos escoamentos de fluidos

35. Ludwig Prandtl (1875-1953), cientista alemão
Universidade
Federal Conteúdo
da Bahia
Programático2
 ESTÁTICA DOS FLUIDOS
 3.1. Pressão em um ponto
 3.2. Equação básica da estática dos fluidos
 3.3. Pressões instrumentais e absolutas
 3.4. Sistemas hidráulicos
 3.5. Forças hidráulicas em superfícies submersas
 3.6. Flutuações e estabilidade
 EQUAÇÕES BÁSICAS NA FORMA INTEGRAL PARA O VOLUME DE
CONTROLE
 4.1. Leis básicas para um sistema
 4.2. Relação entre as derivadas do sistema e a formulação do volume de
controle
 4.3. Conservação da massa
 4.4.Equação da quantidade de movimento linear para um volume de
controle inercial
 4.5. Equação da quantidade de movimento angular para um volume de
controle inercial
 4.6. A Primeira Lei da Termodinâmica
 4.7. A Segunda Lei da Termodinâmica

36. Universidade
Federal
da Bahia
Conteúdo Programático3
Leonhard Euler (1707-1782), matemático físico, astrônomo,
filósofo, educador e engenheiro suíço
 DINÂMICA DO ESCOAMENTO INCOMPRESSIVEL
NÃO VISCOSO
 5.1. Campo de tensões em um escoamento não
viscoso
 5.2. Equação da quantidade de movimento para
escoamento livre de fricção – Equação de Euler Caramelo de açúcar,
mostrando comporta-
 5.3. Equação de Bernoulli
mento viscoso
 5.4. Pressão estática de estagnação e dinâmica
 5.5. Relação entre a Primeira Lei da Termodinâmica e
a Equação de Bernoulli
Exemplos de computação
de dinâmica dos fluidos
(DFC)

37. Universidade
Federal
da Bahia
Conteúdo Programático4
Edgar Buckingham (1867-1940), físico americano
 ANÁLISE DIMENSIONAL E SIMILARIDADE
 6.1 Natureza da análise dimensional
 6.2 Teorema de Buckingham
 6.2. Procedimento detalhado para o uso do
Teorema de Buckingham
 6.4. Significado físico de grupos adimensionais
usuais
 6.5 Similaridade de escoamento e estudos de
modelos
 6.6. Similaridade estabelecida através das
equações diferenciais
Foto Schlieren do aquecimento do ar entorno de um braço
 ESCOAMENTO VISCOSO INCOMPRESSÍVEL
 7.1 Cálculo de perda de carga
 7.2 Solução dos problemas de escoamento em
canos

38. Universidade
Federal
da Bahia
Cronograma Tentativo

39. Universidade
Federal
Referências
da Bahia Bibliográficas
i) Mecânica dos Fluidos – Çengel & Cimbala – Ed. McGraw-Hill (2006)
ii) Introdução a Mecânica dos Fluidos – Fox, Pritchard & Mcdonald – Ed.
LTC (2006)
iii) Fenômenos de Transporte – Bird, Stewart & Lightfoot – Ed. LTC (2004)
iv) Fenômenos de Transporte para Engenharia – Braga Filho – Ed. LTC
(2006)
v) Fenômenos de Transporte para Engenharia – Roma – Ed. Rima (2006)
vi) Fundamentos de Física – Halliday, Resnick & Walker – (2009)
vii) The Genesis of Fluid Mechanics – Calero – Springer (2008)

40. Universidade
Federal
da Bahia
 Uso do Moodle

41. Universidade
Federal
da Bahia
O que é ?
www.moodle.ufba.br

42. Universidade
Federal
da Bahia
Acesso ao

43. Universidade
Federal
da Bahia
Curso ONLINE
 Acesso aos livros digitais do curso
código inscrição: FT2012

44. movimento laminar da esfera no fluido (i.e., não-turbulento)
Universidade
Federal
da Bahia Avaliações1
 Nas provas de unidade será permitido ao aluno trazer apenas
uma folha A4 pessoal para consulta, assinada e datada;
 A folha deverá conter registros originais feitos com caneta azul;
 Não serão aceitas folhas com fotocópias (P&B ou coloridas);
 Não serão aceitas folhas com registros a lápis;
 Não serão aceitas folhas diferentes de UMA FOLHA A4;
 Nas provas SUBSTITUTIVA NÃO serão permitidos os usos destas folhas de
consulta;
 As provas de unidade podem ter questões opcionais. As provas
SUBSTITUTIVA NÃO trazem questões opcionais;
 Para elaboração das provas é permitido o uso de máquina de calcular;
 Evite arredondar ou truncar números. Erros de aproximação, erros de conta
assim como erros de unidades são considerados na nota;
 Não haverá 2ª chamada da última prova de unidade. Casos excepcionais
devem ser tratados dentro dos trâmites legais da UFBA;

45. Universidade
Federal Avaliações2
da Bahiaentrada de combustível câmara de
compressor combustão turbina
entrada de ar saída de
gases
quentes
 Metodologia para correção das provas escritas:
1. Ao acertar a questão, naturalmente receberá nota completa. Ao
errar algum “detalhe”, usualmente receberá uma nota com
fração equiavalente entre ¼ e 1/3 da questão. Por exemplo, ao
errar numa questão que vale 2,5 , a nota da questão deve ser
zero caso não apresente nada significativo ou conteúdo
grosseiro. O fato de não acertar completamente tambem
implicará numa nota menor.
2. A aprovação na disciplina requer uma nota minima, portanto,
não conte com “aproximações” para sua aprovação.
3. Listas de exercicios são opcionais e não serão consideradas
nas notas.

46. Universidade
Federal
Cronograma Tentativo &
da Bahia Presença
Arquimedes de Siracusa (287-212 a.C.) por Domenico Fetti (1620 d.C.)
1a. PROVA : 15/01/2013 (3ª)
2a. PROVA : 05/03/2013 (3ª)
3a. PROVA : 26/03/2013 (3ª)
2ª chamada (SUBSTITUTIVA) :1ª OU 2ª prova = 02/04 (3ª)
Limite de faltas = 25% de 68h = 17h = 8 aulas (16hs)
A partir da 9ª ausência em sala de aula (18 faltas), estará caracterizada a
reprovação por falta.
Atrasos serão registrados como uma falta. Um dia de aula perdido = duas
faltas
Acesso ao material: www.moodle.ufba.br, procurar curso de ENG370 na
Escola Politécnica (senha: FT2012)

47. Universidade
Federal
da Bahia
NETiqueta
 Por gentileza não utilizar equipamentos
eletrônicos (principalmente computadores)
 Evitar o uso de celulares, tablets e internet em
sala

48. Universidade
Federal
da Bahia
Equacao-Jaime Wanner
 La mathematica é l’alfabeto
nel quale DIO há escrito
l’universo Galileo Galilei

49. Universidade Obrigado pela
Federal
da Bahia Atenção!
www.pei.ufba.br
Departamento de Engenharia Química
Escola Politécnica
PROCESSOS DE TECNOLOGIA
www.protec.ufba.br