Museu do Amanhã

http://www.youtube.com/watch?v=eQFaxxmbAlI

Museu do Amanhã

Atualmente encontra-se em fase de construção a estrutura do museu do amanhã, no Píer de Mauá – RJ, projetada pelo arquiteto Santiago Calatrava. Um quebra cabeça de pelo menos 5300 peças, com a cobertura que conterá aletas móveis que se movimentarão de acordo com a posição do sol no céu, para posicionar melhor os painéis solares. A estrutura contará com 320 metros de extensão e 50 metros de largura, sendo composta parcialmente em aço e em concreto armado. Nas extremidades, a cobertura avança para além das paredes do museu, criando vãos livres de até 75 metros de extensão. 

Foram realizados testes em túnel de vento, com uma miniatura para observar a incidência de ventos, pois a estrutura ficará situada no litoral e como ela não se encaixa em nenhum estudo previamente relatado na literatura mundial, foram necessários vários testes para garantir a integridade da estrutura.

Para estes testes, foram utilizados conhecimentos acerco da mecânica dos fluidos. Através dos dados coletados no túnel de vento, os efeitos mais críticos da estrutura serão corrigidos, e serão dimensionadas as peças e ligações, e verificada a rigidez de toda a estrutura.

Os túneis de vento, nada mais são do que estruturas que propiciam a simulação do comportamento do ar em relação a diversos tipos de meio. Sendo que ocorrerá duas situações, fluxo laminar e fluxo turbulento.

O fluxo laminar caracteriza-se por, exibir mínima agitação das camadas do fluido, sendo que as diferentes do fluido se deslocam em planos paralelos, sem se misturar. A velocidade é aproximadamente constante em cada ponto do fluido. As linhas de corrente não se cruzam. Usualmente, caso o valor deste seja inferior a 2300, o regime é considerado laminar.

No fluxo turbulento as partículas se misturam de forma não linear, isto é, de forma caótica com turbulência e redemoinhos, em oposição ao fluxo laminar. É visível o fluxo turbulento quando pressão, velocidade e densidade apresentam grande variabilidade. O parâmetro mais utilizado para a verificação da existência deste regime é o número de Reynolds. Usualmente, caso o valor deste seja superior a 2300, o regime considerado é o turbulento.

Comparação de fluxo laminar e turbulento.

Aqueça regimes de fluxo de transferência.

Um dos factores importantes que controlam a transferência de calor é a resistência ao fluxo de calor através das várias "camadas" que formam a barreira entre os dois fluidos.

A força motriz para a transferência de calor é a diferença nos níveis de temperatura entre os fluidos quente e frio, maior a diferença, maior a taxa à qual o calor irá fluir entre eles e o designer deve optimizar os níveis de temperatura em cada fase para maximizar o total taxa de fluxo de calor.

A resistência ao fluxo de calor é formado por cinco camadas, como se segue:

1. O interior "camada limite" formado pelo fluido que flui em estreito contacto com a superfície interior do tubo.
2. A camada de incrustação formado pela deposição de sólidos ou semi-sólidos na superfície interior do tubo (que pode ou não estar presente).
3. A espessura da parede do tubo e o material utilizado regulará a resistência ao fluxo de calor que o próprio tubo.
4. A camada de incrustação formado pela deposição de sólidos ou semi-sólidos sobre a superfície exterior do tubo (que pode ou não estar presente).
5. A "camada limite" exterior formado pelo fluido que se escoa em contacto com a superfície exterior do tubo.

Os valores a serem utilizados para a [2] e [4] são geralmente especificadas pelo cliente, como resultado da experiência, enquanto o designer irá seleccionar o tubo de tamanho, espessura e os materiais de acordo com a aplicação.

A resistência ao fluxo de calor, resultando de [1] e [5], (designados os coeficientes de transferência de calor parcial) dependem em grande medida da natureza dos fluidos, mas também, fundamentalmente, na geometria das superfícies de transferência de calor que estão em contacto com ele. Importante, os valores finais são fortemente influenciadas pelo que acontece ao nível das camadas limite, o fluido realmente em contacto com a superfície de transferência de calor.

As camadas limite.

Quando um fluido viscoso flui em contacto com um tubo, a uma velocidade baixa, fá-lo de uma maneira que não produz qualquer intermistura do líquido, a camada limite, o fluido em contacto com o tubo, terá a sua velocidade reduzida ligeiramente viscoso arrastar e calor irá fluir através do fluido para fora do (ou para) a parede do tubo por condução e / ou por convecção.

À medida que a velocidade do fluido é aumentada acabará por se atingir um nível que irá fazer com que o fluido para formar turbilhões de turbulência em que a camada limite rompe com a parede e se mistura com a maior parte do fluido mais distante da parede do tubo.

A velocidade em que isso ocorre é influenciado por muitos factores, da viscosidade do fluido, a rugosidade da parede do tubo, a forma do tubo, o tamanho do tubo, etc

A fim de quantificar a turbulência (ou falta dela), em termos práticos Engenheiros de transferência de calor utiliza um número adimensional denominado número de Reynolds que é calculado como se segue:

Re = dg / μ

Em que:

• D = diâmetro hidráulico do do tubo (m)
• G = velocidade da Missa (kg / m². S)
• μ = viscosidade do fluido (kg / m)

Por experimentação, verificou-se que o número de Reynolds inferior a 1200 descrevem a condição em que não há rompimento da parede do tubo o qual é denominado de fluxo laminar. As propriedades físicas do fluido são os factores determinantes para a transferência de calor nesta região que é ineficiente em termos de transferência de calor. A linha azul no gráfico é para um tubo liso, enquanto que o vermelho é para um tubo ondulado. Como pode ser visto, se ou não os tubos são onduladas, quando operando num regime laminar tubos de fluxo onduladas têm nenhum efeito positivo até que o número de Reynolds é superior a 1000.
A valores de número de Reynolds entre 1200 e 2000, é uma zona de incerteza chamado a zona de transição em que pode ou não ser a turbulência gerada dependendo de outros factores imprevisíveis. Como se trata de uma zona de transferência de calor de incerteza Engineers tentar evitar os fluidos que fluem em esta área. Como pode ser visto, neste caso, quando os tubos são corrugadas, eles proporcionam uma melhoria significativa quando o número de Reynolds é superior a 1000, mas ainda abaixo do nível de 2000 requerido para o fluxo turbulento, com um tubo liso.
No número de Reynolds acima de 2000 há substancial ruptura com a parede do tubo e a condição é descrita como um fluxo turbulento, com mistura significativa da camada limite e o fluido a granel. Esta é a área mais eficiente para permutadores de calor para trabalhar dentro Este gráfico mostra que a ondulação nos regimes de fluxo turbulento tem um efeito significativo reforço para números de Reynolds acima de 2000, quando comparado com os tubos lisos equivalentes.

Muitas técnicas têm sido tentados para reduzir o valor do número de Reynolds, o qual é produzido um escoamento turbulento, mas a maioria tem a desvantagem de aumentar a resistência ao fluxo de fluido, a perda de pressão, a uma taxa que aumenta mais rapidamente do que a diminuição da resistência da camada limite . Alguns não são utilizáveis ​​se existem outros sólidos presentes, se o fluido é muito viscoso.

Uma técnica que é universalmente útil e não tem as desvantagens dos outros, é que de deformar o tubo com uma espiral contínua indentação raso ou um recorte local intermitente. A pesquisa mostrou que, escolhendo a profundidade, ângulo e largura da indentação cuidadosamente, o número de Reynolds o fluxo turbulento, que é produzido pode ser reduzido significativamente inferior a 2000.

Em valores do número de Reynolds acima de 2000, este tipo de deformação também aumenta significativamente a quantidade de turbulência e, portanto, a taxa de transferência de calor, que pode, quando corretamente balanceada com os outros fatores reduzem o requisito de área de superfície e, por conseguinte, o custo do permutador de calor.

Por Ricardo Eing Roecker e Ricardo Tasca

Sistema Cardiovascular

Um exemplo da empregabilidade da matéria Fenômenos de Transporte pode ser o próprio corpo humano (o sistema cardiovascular).

Onde temos uma bomba (coração) que leva o fluido (neste caso o sangue) para o corpo com um sistema.
O coração é uma bomba dupla que provê a força necessária para circular o sangue pelos dois sistemas circulatórios principais:
• a circulação pulmonar nos pulmões e
• a circulação sistêmica no resto do corpo
O sangue em um indivíduo normal circula por um sistema antes de ser bombeado pela outra seção do coração ao segundo sistema.
Vamos começar com o sangue no lado esquerdo do coração e seguir sua circulação através de uma volta completa. O sangue é bombeado por contração dos músculos de coração do ventrículo esquerdo a uma pressão de cerca de 17 kPa (125 mm Hg) para um sistema de artérias que se subdividem em artérias menores e menores (arteríolas) e finalmente em uma malha muito fina de vasos chamados de leito capilar. Durante os poucos segundos que está no leito capilar o sangue provê O2 para as células e retira CO2 das mesmas.
Depois de atravessar o leito capilar o sangue se junta em pequenas veias (vênulas) que gradualmente combinam-se em veias maiores e maiores antes de entrar no lado direito do coração por duas veias principais--a veia cava superior e a veia cava inferior. O sangue retornado é armazenado momentaneamente no reservatório (o átrio direito), e durante uma contração fraca de 0,8 kPa (5 a 6 mm Hg) o sangue flui para o ventrículo direito. Na próxima contração ventricular este sangue é bombeado a uma pressão de cerca de 3,3 kPa (25 mm Hg) pelas artérias pulmonares para o sistema capilar dos pulmões. Nos pulmões o sangue recebe mais O2 e um pouco do CO2 do sangue se difunde no ar nos pulmões para ser exalado. O sangue frescamente oxigenado então viaja pelas veias principais dos pulmões para o reservatório esquerdo do coração (átrio esquerdo); durante a contração atrial fraca de cerca de 1 kPa (7 a 8 mm Hg) o sangue flui para o ventrículo esquerdo. Na próxima contração ventricular este sangue é bombeado novamente do lado esquerdo do coração para a circulação geral. Desde que um adulto típico tem aproximadamente 4,5 litros de sangue e cada seção do coração bombeia aproximadamente 80 ml em cada contração, cerca de um minuto é necessário para os glóbulos vermelhos em média fazerem um ciclo completo no corpo.

Equipe:

Antonio Andrade Rodrigues Junior

Miguel Luiz Coelho

Norton dos Santos Filho

Golpe de Ariete

http://www.youtube.com/edit?video_id=WIZ33rfVuuo

Um assunto nunca abordado aqui no blog ainda, mas de muita importância para os nossos estudos, vamos entender o que é o Golpe de Ariete?



Criado por Erick Thizon Uliano e Saron Philippi

CALHA PARSHALL

CALHA PARSHALL

-     A Calha Parshal é um trecho curto de canal com geometria de fundo e paredes que acelera a velocidade da água e cria uma passagem por escoamento crítico;

-     A medição de nível é feita a montante da passagem pelo regime crítico, e pode ser relacionada diretamente à vazão;

-     A vazão é determinada a partir da leitura da elevação do nível d’água, em uma escala ou régua, colocada na secção convergente do canal;

-     As calhas Parshal são dimensionadas com diferentes tamanhos, de forma a permitir a medição em diferentes faixas de vazão;

-     A principal vantagem das calhas é que existe uma relação direta e conhecida, ou facilmente calibrável, entre a vazão e a cota;

-     A calha ou o vertedor tem a desvantagem do custo relativamente alto de instalação;

-     Eventos extremos à podem ser danificadas ou, até mesmo, inutilizadas.

-     Medidor Parshall: utiliza dispositivo com secção convergente com fundo em nível, secção estrangulada (garganta), com fundo em declive e secção divergente com fundo em aclive;

-      Devem ser usados em canais que não se dispõe de altura suficiente para instalação de um vertedor de parede delgada, observando que o fundo do canal de saída deve estar situado em um nível inferior ao do canal de entrada da calha Parshall, com o fim de assegurar que esta não trabalhe no regime de fluxo submerso;

-     A calha Parshall não sofre influência de líquidos contendo materiais em suspensão e por isso é recomendada para essa condição;

-     A altura da lâmina d’água na secção convergente é a medida do fluxo através da calha;

-      Equação de Descarga

Q = 2,2 WH3/2

Onde:

Q = vazão em m³/s.

W= largura da garganta em polegadas e em pés.

H = altura da lâmina d’água em metros (m).

-     Limites de Aplicação

a) O medidor Parshall deve ser instalado em canais retos com paredes perfeitamente verticais.

b) O tamanho do medidor deve ser determinado em função da vazão estimada e de tal modo que não provoque inundação no canal de aproximação a montante do vertedor.

c) O fundo do canal de saída deve ser inferior ao do canal de aproximação.

d) O canal de aproximação deve ter um trecho reto superior à 20H, a montante da garganta de medição.

EQUIPE: GUILHERME HENRIQUE CARDOSO
              HUGO MICHES EFFTING

Escoamento Laminar e Escoamento Turbulento

A experiência de Reynolds (1883) demonstrou a existência de dois tipos de 
escoamentos, o escoamento laminar e o escoamento turbulento. O experimento teve 
como objetivo a visualização do padrão de escoamento de água através de um tubo de 
vidro, com o auxílio de um fluido colorido (corante). 
Seja um reservatório com água como ilustrado na Fig.2. Um tubo de vidro, em 
cuja extremidade é adaptado um convergente, é mantido dentro do reservatório e ligado 
a um sistema externo que contém uma válvula que tem a função de regular a vazão. No 
eixo do tubo de vidro é injetado um líquido corante que possibilitará a visualização do 
padrão de escoamento. 
 Para garantir o estabelecimento do regime permanente, o reservatório contendo 
água deve ter dimensões adequadas para que a quantidade de água retirada durante o 
experimento não afete significativamente o nível do mesmo, e ao abrir ou fechar a 
válvula (7), as observações devem ser realizadas após um intervalo de tempo 
suficientemente grande. O ambiente também deve ter sua temperatura e pressões 
controladas. 
 Para pequenas vazões o líquido corante forma um filete contínuo paralelo ao 
eixo do tubo (6). Vazões crescentes induzem oscilações que são amplificadas à medida 
que o aumento vai ocorrendo, culminando no completo desaparecimento do filete, ou 
seja, uma mistura completa no interior do tubo de vidro (6) do líquido corante, 
indicando uma diluição total. É possível concluir que ocorrem dois tipos distintos de 
escoamentos separados por uma transição. 
 No primeiro caso, no qual é observável o filete colorido conclui-se que as 
partículas viajam sem agitações transversais, mantendo-se em lâminas concêntricas 
entre as quais não há troca macroscópica de partículas. 
 No segundo caso, as partículas apresentam velocidades transversais importantes, 

já que o filete desaparece pela diluição de suas partículas no volume de água. 

As principais características dos escoamentos são: 

a) escoamento laminar: é definido como aquele no qual o fluido se move em 

camadas, ou lâminas, uma camada escorregando sobre a adjacente havendo 

somente troca de quantidade de movimento molecular. Qualquer tendência 

para instabilidade e turbulência é amortecida por forças viscosas de 

cisalhamento que dificultam o movimento relativo entre as camadas 

adjacentes do fluido. 

b) Escoamento turbulento é aquele no qual as partículas apresentam movimento 

caótico macroscópico, isto é, a velocidade apresenta componentes transversais 

ao movimento geral do conjunto ao fluido. O escoamento turbulento apresenta 

também as seguintes características importantes: 

Irregularidade 

Difusividade 

Altos números de Reynolds 

Flutuações tridimensionais (vorticidade) 

Dissipação de energia 

Contudo, o escoamento turbulento obedece aos mecanismos da mecânica dos 

meios contínuos e o fenômeno da turbulência não é uma característica dos fluidos mas 

do escoamento. 

Aluno: Igor Michels Effting

Engenharia Civil 5º semestre

Acadêmicos : Fábio Paes, Samantha Isidoro

Escoamentos Laminares e Turbulentos com Superfície Livre

O estudo da turbulência num escoamento com superfície livre oferece um campo de actuação bastante lato não só sob o aspecto teórico como no experimental. Os propósitos de estudo e entendimento dos fenómenos turbulentos num escoamento em canal em superfície livre estão relacionados com a necessidade de conhecer a problemática de tais escoamentos.

Isto principalmente no que se refere a problemas de perdas de energia, difusão no interior de uma massa liquida, características dos escoamentos nas proximidades de estruturas hidráulicas e outros.

A maioria dos escoamentos que ocorrem no âmbito da engenharia, pode afirmar—se, são escoamentos turbulentos. Os escoamentos em rios, em tubos, em canais, para só falar em escoamentos dentro do âmbito da engenharia civil hidráulica são sempre, salvo raríssimas excepções só possíveis normalmente em laboratório, escoamentos turbulentos.

Mas, o que são escoamentos turbulentos? É difícil defini-lo, mas analise-se através de um exemplo prático o o que é um escoamento laminar e um escoamento turbulento.

Foi Reynolds que com o sua célebre experiência realizada pela primeira vez em 1833, sistematizou a caracterização dos escoamentos sob este aspecto, embora tal fenómeno já anteriormente tenha sido focado.

Nela, se via a influência que tinha a velocidade na caracterização destes dois tipos de escoamento. Primeiro, quando da ocorrência do movimento laminar, o escoamento é de carácter estável e regular e ocorre para valores muito baixos de velocidades, fazendo-se sentir uma forte influência de tensões tangenciais devidas à viscosidade do fluido. Depois, para valores de velocidades muito maiores, verifica­se a tal irregularidade de movimentos atrás referida caracterizada pela mistura das diferentes camadas do domínio fluido e pela ocorrência de rápidas variações, não só da velocidade mas também da pressão, embora a variação desta última variável seja, em grande parte, uma consequência da não constância da velocidade. Mais concluiu Reynolds que embora a velocidade fosse a grandeza variável ela não é suficiente para dizer se um fenómeno é laminar ou turbulento, isto é, para o mesmo vaiar de velocidade pode acontecer, consoante certas condições do fluído e condições fronteiras do escoamento, tipos de movimento de características diferentes.

É compreensível que só há alguns anos atrás, com o desenvolvimento de técnicas experimentais de medida mais adequadas às características do escoamento, é que se começa a notar o aparecimento de uma série de estudos relacionados com este tema.

É principalmente com o aparecimento e desenvolvimento da Anemometria de Filme Quente, primeiro, e do Anemómetro Laser-Doppler, depois, que o estudo da turbulência em líquidos começa a desenvolver­-se, tornando-se possível obter toda uma série de ensaios experimentais que até aí não eram possíveis realizar. Estes, se por um lado permitiram a constatação de factos obtidos por via teórica, por outro abriram caminho a novas ideias e a outro tipo de problemas.

O incremento que se tem vindo a notar na utilização do Anemómetro Laser-Doppler permite conhecer com maior exactidão certos aspectos que as características de um filme quente não permite. Na realidade, a Anemometria Laser, possui características que o filme aquecido não tem, não só sob o aspecto de adaptabilidade de trabalho mas também no que se refere às características das medidas experimentais realizadas.

Autor: José C.Tentúgal Valente

Referências Bibliogrficas:

http://www.engenhariacivil.com/escoamentos-laminares-turbulentos-superficie-livre

http://www.youtube.com/watch?v=j083iB5CUww

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

Experimento de Torricelli

Sabemos que o ar atmosférico exerce uma pressão sobre tudo que existe na superfície da Terra. Queremos saber como medir essa pressão. Quem primeiro fez essa medição foi um discípulo de Galileu, chamado Evangelista Torricelli, em 1643.

Naquele tempo havia uma história de que " a natureza tem horror ao vácuo". Segundo essa crença, seria impossível manter qualquer região do espaço no vácuo, por algum tempo. A existência do vácuo, inclusive, era considerada um dos " 219 erros execráveis" pelos teólogos da época e acreditar nisso era quase uma heresia.

Torricelli tomou um tubo longo de vidro, fechado em uma das pontas, e encheu-o até a borda com mercúrio. Depois tampou a ponta e, inverteu o tubo, mergulhou essa ponta em uma bacia com mercúrio. Soltando a ponta aberta notou que a coluna de mercúrio descia até um certo nível mas estacionava á uma altura de 76 centímetros ( veja figura). 

                                                  

Torricelli logo percebeu que acima do mercúrio havia o execrável vácuo. E por que o mercúrio parou de descer quando a altura da coluna era de 76 cm? Porque seu peso foi equilibrado pela força que a pressão do ar exerce sobre a superfície do mercúrio na bacia.
A pressão atmosférica multiplicada pela área da seção do tubo é uma força que empurra o mercúrio da coluna para cima. Essa força é representada pela seta para cima, na base da coluna. No equilíbrio, essa força é exatamente igual ao peso da coluna (representada pela seta para baixo). Isso acontece quando a coluna tem 76 cm de altura, se o líquido fosse a água, a coluna deveria ter mais de 10 metros de altura para haver equilíbrio, pois a água é cerca de 14 vezes mais leve que o mercúrio.

Com essa experiência Torricelli mostrou que é possível obter um vácuo e mantê-lo pelo tempo que quiser. Ele notou também que a altura da coluna de mercúrio não era sempre constante mas variava um pouco, durante o dia e a noite. Conclui-se então, corretamente , que essas varições mostravam que a pressão podia variar e suas funções eram medidas pela variação na altura da coluna de mercúrio. Por tanto, Torricelli não apenas mostrou a existência da pressão do ar, mas inventou o aparelho capaz de medi-la: o barômetro. E, de quebra, ainda provou que a natureza não tem nenhum horror ao vácuo.

Para melhor compreensão assistem o vídeo:

Fontes:http://www.searadaciencia.ufc.br/tintim/fisica/pressao/tintim5-2.htm

               http://www.youtube.com/watch?v=BSo9fSTJcEE

               http://coral.ufsm.br/gef/Fluidos/fluidos04.pdf

Acadêmicos: Danilo de Pieri Esmeraldino, Marcos Nunes Pedroso

Hazen Willians

Iremos abordar um pouco sobre a equação de Hazen Williams utilizada frequentemente por Engenheiros Civis para determinação da perda de carga.

Porem existem limitações para o uso da mesma,e é sobre isso que iremos demonstrar

.

As perdas de carga são perdas de energia hidráulica devidas à viscosidade do fluido e ao seu atrito com as paredes internas das tubulações. Dentre as suas principais consequência pode-se citar:

• uma queda de pressão global;
• um gasto de energia suplementar com bombeamento, no recalque.

Um dos métodos frequentemente utilizados para estimar as perdas de cargas distribuídas é através da Equação de Hazen-Williams. Uma das principais vantagens deste método é a sua simplicidade, quando comparado a outros métodos.Por outro lado, ele não considera os efeitos da variação da temperatura e viscosidade do fluido.

 

O Coeficiente de rugosidade ''C'' é encontrado por tabelas que fornecem esse dado.

 

No entanto, esta fórmula é restrita apenas para algumas condições, como observado por Christensen (2000).

pode-se observar que a equação de Hazen-Williams é válida apenas para escoamentos com alto Número de Reynolds (Re) e tubos consideravelmente rugosos. Desta forma, pode-se dizer que a equação de Hazen-Williams é mais adequada para tubos com grandes diâmetros.

Ao rever os dados usados por Hazen e Williams, Bombardelli e García verificaram que a maioria dos tubos usados na obtenção da equação apresentavam diâmetros abaixo de 1,78 metros (70 pol.) e análises realizadas por Diskin (1960) demonstram que a equação de Hazen-Williams é adequada apenas para C > 100, como se pode ver pela figura acima. Isso pode ter representado um grande problema para o projeto do caso de estudo, uma vez que o diâmetro do tubo era de 2,29 metros e 85 < C < 95.

O caso apresentado acima, relacionado à um sistema com tubos de grandes diâmetros, foi um exemplo de um mal uso da equação de Hazen-Williams fora da região que ela realmente é válida. O escoamento em operação se situava em um regime totalmente turbulento. Quando a demanda aumentou, a operação contínua gerou um aumento da rugosidade equivalente, portanto os pontos de operação ficaram longe do regime de transição. Portanto, qualquer uso futuro da equação de Hazen-Williams para a verificação da perda de carga no sistema não tem significado. Com base nisso, Bombardelli e García recomendam fortemente o uso da equação de Darcy-Weisbach, que inclui todos os regimes de escoamento.

 Ou seja recomenda-se o uso da fórmula de Hazen-Williams apenas quando o fluído em questão for a água(H2O) e quando forem utilizadas tubulações com grandes dimensões.

Alunos: Raphael S.Gomes
Henrique G. Mendes