Avaliação

caros alunos,
Gostei do blog! Tem quase todo o conteúdo proposto, links, filmes, curiosidades. Achei vocês econômicos nas postagens, mas todos os membros do grupo tiveram postagens nos dois períodos e estas postagens eram complementares. Houve igualmente uma boa distribuição entre as postagens do primeiro e do segundo período. Parabéns.
Primeira avaliação: O assunto foi completado pós a data proposta, e todos tiveram postagens. Avaliação geral:9,0
Segunda avaliação: No período, os assuntos propostos foram bem apresentados. Gostei dos vídeos. Todos os membros colaboraram, mas faltou conteúdo no que tange a visualização dos escoamentos.
Avaliação geral:8,5

Técnicas de Visualização de Escoamentos

As técnicas de visualização de escoamentos são utilizadas para visualização das linhas de corrente de um escoamento, em torno de um objeto de estudo.

Existem inúmeras técnicas de visualização de escoamentos, sendo as mais tradicionais os tunéis de vento e os sistemas hidráulicos com injeção de corante, mas com certeza existem métodos mais complexos utilizando espelhos, lasers e outros princípios físicos.

Na atualidade a utilização dos computadores auxiliou no grande avanço da análise dos escoamento, pois através da simulação computacional de escoamentos, houve um grande salto na qualidade e rapidez destes dados de engenharia, sendo possível fazer diversas medições e análises em um único experimento, poupando tempo e reduzindo custos.

Conhecendo a dinâmica do escoamento do fluído por um objeto, encontra uma ampla aplicação na engenharia, principalmente na automobilistica e aviação, tornando os aviões e automóveis mais econômicos, velozes e confiáveis.

Ensaio de Reynolds - Escoamento laminar X Turbulento I



Ensaio de Reynolds - Escoamento laminar X Turbulento II



Simulação Computacional de Escoamentos - Camada limite



Simulação Computacional do Escoamento Ar num Avião



Tunel de Vento - Mercedes



Tunel de Vento - Polo (VW)

Análise dimensional e semelhança

 

 

Análise Dimensional e Semelhança

Análise dimensional é um meio para simplificação de um problema físico empregando a homogeneidade dimensional para reduzir o número das variáveis de análise.

A análise dimensional é particularmente útil para:

- Apresentar e interpretar dados experimentais;

- Resolver problemas difíceis de atacar com solução analítica;

- Estabelecer a importância relativa de um determinado fenômeno;

- Modelagem física.

Dimensões primárias

massa	M	[kg]
comprimento	L	[m]
tempo	T	[s]
temperatura	θ	[K]

Dimensões de grandezas derivadas

Geometria	Grandeza	Símbolo	Dimensão
	Área	A	L2
	Volume	V	L3
Cinemática	Velocidade	U	LT-1
	Velocidade Angular	ω	T-1
	Vazão	Q	L3T-1
	Fluxo de massa	m	MT-1
Dinâmica	Força	F	MLT-2
	Torque	T	ML2T-2
	Energia	E	ML2T-2
	Potência	P	ML2T-3
	Pressão	p	ML-1T-2
Propriedades Dos Fluido	Densidade	ρ	ML-3
	Viscosidade	μ	ML-1T-1
	Viscosidade Cinemática	ν	L2T-1
	Tensão superficial	σ	MT-2
	Condutividade Térmica	k	MLT-3θ
	Calor Específico	CP, CV	L2T-2θ-1

Semelhança

Problemas em Engenharia (principalmente na área de Térmica e Fluidos) dificilmente são resolvidos aplicando-se exclusivamente análise teórica. Portanto, utilizam-se com freqüência estudos experimentais.

Métodos analíticos nem sempre são satisfatórios:

- Limitações devido às simplificações necessárias para resolver as equações;

- Análise detalhada com grande complexidade/custo;

Muito do trabalho experimental é feito com o próprio equipamento ou com réplicas exatas. Porém, a maior parte das aplicações em Engenharia é realizada utilizando-se modelos em escala.

No entanto, sem planejamento e organização, os procedimentos experimentais podem:

- Consumir muito tempo;

- Não ter objetividade;

-         Custarem muito.

Utilização de modelos em escala

Vantagens econômicas (tempo e dinheiro);

- Podem-se utilizar fluidos diferentes dos fluidos de trabalho;

- Os resultados podem ser extrapolados;

- Podem-se utilizar modelos reduzidos ou expandidos (dependendo da conveniência);

As comparações são realizadas entre o PROTÓTIPO (avião, navio) em escala real e o MODELO em escala reduzida ou aumentada.

Comparação entre Protótipo e Modelo

Para ser possível esta comparação e conseqüente a utilização dos resultados do modelo ao protótipo é indispensável que os conjuntos de condições sejam FISICAMENTE SEMELHANTES.

O termo SEMELHANÇA FÍSICA é um termo geral que envolve uma variedade de tipos de semelhança.

 Semelhança Geométrica

Semelhança Cinemática

       Semelhança Dinâmica

Semelhança Geométrica

Semelhança de forma. A propriedade característica dos sistemas geometricamente semelhantes (modelo e protótipo) é que a razão entre qualquer comprimento no modelo e o seu comprimento correspondente no protótipo é uma constante. Esta razão é conhecida como FATOR DE ESCALA.

A semelhança geométrica é o requisito mais óbvio para que um modelo possa corresponder a um dado protótipo.

Nem sempre é fácil obter a semelhança geométrica perfeita. Deve-se lembrar que não só a forma global do modelo tem que ser semelhante à do protótipo, como também a rugosidade das superfícies deveria ser geometricamente semelhantes.

Semelhança Geométrica

Muitas vezes, a rugosidade de um modelo em escala reduzida não pode ser obtida de acordo com o fator de escala – problema de construção/de material/de acabamento das superfícies do modelo.

Exemplo: Estudo do movimento dos sedimentos nos rios. Um modelo em escala pode exigir o uso de um pó excessivamente fino para representar o sedimento.

No caso de protótipos muito grandes, o recurso de modelos distorcidos (fator de escala diferentes entre os comprimentos na horizontal e na vertical) é inevitável.

Semelhança Cinemática

Semelhança cinemática é a semelhança do movimento, o que implica necessariamente semelhança de comprimentos (semelhança geométrica) e semelhança de intervalos de tempo.

Exemplo de semelhança cinemática: Planetário.

O firmamento é reproduzido de acordo com um certo fator de escala de comprimento e, ao copiar os movimentos dos planetas, utiliza-se uma razão fixa de intervalos de tempo e, portanto, de velocidades e acelerações.                 

Escoamentos que possuem semelhança cinemática, os padrões formados pelas linhas de corrente são geometricamente semelhantes.

Uma vez que as fronteiras do escoamento correspondem a linhas de correntes, só é possível obter escoamentos semelhantes, do ponto de vista cinemático, em fronteiras geometricamente semelhantes.

No entanto, esta condição não é suficiente para assegurar a semelhança geométrica dos padrões das linhas de corrente a uma distância significativa das fronteiras.

A semelhança geométrica nas fronteiras é uma condição necessária, mas não suficiente para haver semelhança cinemática dos escoamentos.

Semelhança Dinâmica

Semelhança Dinâmica é a semelhança das forças. Dois sistemas são dinamicamente semelhantes quando os valores absolutos das forças, em pontos equivalentes dos dois sistemas, estão numa razão fixa.

As forças que determinam o comportamento dos fluidos têm várias origens:

1. Forças devidas às diferenças de pressão;

»DpL²

2. Forças resultantes da ação da viscosidade;

»mUL

3. Forças devido à tensão superficial;

»sL

4. Forças elásticas;

»KL²

5. Forças de inércia.

»rL²U²

6. Forças devido à atração gravitacional

»rL³g

Grupos Adimensionais

Grupo Adimensional	Nome	Razão das forças representadas	Símbolo habitual
ULr m	Número de Reynolds	Força de Inércia Força Viscosa	Re
U   _ (Lg)1/2	Número de Froude	Força de Inércia Força da Gravidade	Fr
U(Lr)1/2 (s)	Número de Weber	Força de Inércia Força de tensão Superficial	We
U   _ c	Número de Mach	Força de Inércia Força elástica	M

Medidores de vazão - TUBO VENTURI

O tubo venturi combina dentro de uma unidade simples uma curta garganta estreitada entre duas seções cônicas e está usualmente instalado entre dois flanges em uma tubulação. Seu propósito é acelerar o fluido e temporariamente baixar a sua pressão estática. A recuperação da pressão em um tubo venturi é bastante eficiente, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento da pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua garganta.
Em geral utilizam-se quatro furos espaçados em 90º em torno do tubo para fazer a tomada de pressão. Eles são interligados por meio de um anel chamado anel piazométrico, que é destinado a obter a média das pressões em torno do ponto de medição.

Medidores de vazão - PLACA DE ORIFÍCIO

Este dispositivo mede pressão diferencial em tubulações em função de uma placa inserida entre dois flanges. Consiste em uma placa perfurada com grande exatidão, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação. Costumeiramente é fabricado em aço inox, monel, latão, dependendo do fluido.

VANTAGEM: Istalação fácil, econômica, contrução simples, manutenção e troca simples.
DESVANTAGEM: Alta perda de carga, baixa rangeabilidade.

TIPOS DE ORIFÍCIO

a) Orifício concêntrico: Este tipo de placa é utilizado para líquidos, gases e vapores que nõ tenham sólidos suspensos.
b) Orifício excêntrico: Utilizado quando tivermos fluido com sólidos em suspensão, os quansi possam ser retidos e acumulados na base da placa, sendo o orifício posicionado na parte de baixo do tubo.
c) Orifício segmental: Esta placa tem a abertura para a passagem de fluido disposta em forma de segmento de círculo. É destinada para uso em fluidos laminados ou com alta porcentagem de sólidos em suspensão.

A DETERMINAÇÃO DA VAZÃO

A placa de orifício intriduz uma perda de carga. Uma tomada de impulso realiza a leitura de pressão a montante (antes) e a jusante (depois) da placa - P1 e P2. De acordo com o tipo e o dimensionamento da placa, a diferença de pressão entre P1 e P2 nos dará um valor que é convertido em vazão.

medidores de vazão - CALHA PARSHALL

Características

O Medidor de Vazão tipo Calha Parshall é um elemento primário para medir a vazão de líquidos fluindo por gravidade em canais abertos, podendo conter sólidos suspensos. Apresenta pouca perda de carga e é bastante preciso na determinação (leitura) das vazões. Tem paredes verticais, constituída a partir da entrada, por um trecho convergente com fundo em nível no sentido longitudinal e lateral de um trecho contraído e de um trecho divergente em aclive.

A leitura de vazão é feita de acordo com a altura do líquido que flui por ela. Isto pode ser determinado por uma régua graduada ou por um medidor de nível, que pode ser por utrassom, raios gama, etc.

Caso tenhamos um sistema automatizado de medição de nível na calha, este sinal de nível é enviado a um conversor, onde o nível será transformado em vazão. Isso se dá pois como a seção onde é realizada a medição é conhecida, pela altura de líquido pode-se estimar a quantidade de líquido que está passando.

Sistemas de Unidades: Análise Dimensional e Similaridades

 

 

A análise dimensional permite resolver problemas cujas soluções não são encontradas pelos processos usuais de cálculo. Quantidades podem ser adicionadas ou subtraídas somente quando possuirem a mesma dimensão. grandezas físicas fundamentais são aquelas a partir das quais todas as outras grandezas físicas são definidas. As grandezas derivadas são combinações das grandezas fundamentais. O valor de qualquer medida física é expresso como a combinação de dois fatores: a unidade e o número dessa unidade. Tempo e comprimento são tidos como grandezas fundamentais. Velocidade: m/s é unidade derivada da razão entre as unidades fundamentais metro e segundo. sistema de unidades é necessário uma terceira grandeza fundamental, que pode ser a massa ou força. Aqueles sistemas que apresentam a massa como a terceira grandeza fundamental são conhecidos como sistemas de unidade absoluta, enquanto aqueles que têm a força como unidade fundamental são chamados sistemas de unidade técnicos. Existem também sistemas unitários usados na engenharia que consideram comprimento, tempo, massa e força como grandezas fundamentais.

 

Existem três sistemas de unidade absolutos: o C.G.S. (CGS), o Giorgi (MKS), e o inglês (FPS). De todos estes, as grandezas fundamentais são comprimento, massa e tempo. As diferentes unidades destes três sistemas são apresentadas na Tabela 1. Nestes sistemas força é uma unidade derivada das três unidades fundamentais. As unidades de força e energia são detalhadas na Tabela 2.

Quando as grandezas relacionadas à temperatura são usadas é conveniente definir a unidade. Para os sistemas CGS e MKS a unidade de temperatura é definida em graus centígrados ou Celsius (^{oC), enquanto que para o sistema Inglês é definida em graus Fahrenheit (oF). Unidades de temperatura são definidas independentemente do sistema de unidades.}

Tabela 1. Sistema de Unidade Absoluto
Sistema
c.g.s. Giorgi Inglês
Grandeza	CGS	MKS	FPS
Comprimento (L)	1 centímetro (cm)	1 metro (m)	1 pé (ft)
Massa (M)	1grama (g)	1 quilograma (kg)	1 libra (lb)
Tempo (T)	1 segundo (s)	1 segundo (s)	1 segundo (s)

Unidades Derivadas do Sistema Absoluto Tabela 2.
Sistema
c.g.s. Giorgi Inglês
Grandeza	(CGS)	(MKS)	(FPS)
Força	1 dina	1 newton (N)	1 poundal
Energia	1 erg	1 joule (J)	1 (polegada)(pé)

 Sistemas de Unidade Absoluto