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NOTAS DE AULA

FENÔMENOS DE TRANSPORTE PARA BIOENGENHARIA

Conceitos Básicos

Prof. Marcos Pinotti Barbosa Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG

Conceitos básicos importantes

Termodinâmica
É a ciência que trata do calor e do trabalho, além das propriedades das substâncias relacionadas a estas duas grandezas

Baseada na observaçãoexperimental

Leis da Termodinâmica

Sistema de Controle
Quantidade de matéria, de massa e identidade fixas, sobre a qual nossa atenção é dirigida para o estudo. Tudo externo ao sistema é chamado vizinhança ou exterior.

A separação é feita por meio de fronteiras fixas ou móveis

Calor e trabalho podem cruzar a fronteira do volume

Sistema isolado é aquele que não é influenciado pelo exterior(trabalho e calor não cruzam a fronteira do sistema)

Volume de Controle
Sistemas de controle nos quais pode existir, além do fluxo de energia e de trabalho, fluxo de massa.

Superfície de controle

Volume de controle

Superfície de controle

Superfície de controle

Superfície de controle

Define-se uma equação de balanço para cada grandeza envolvida:

Φ S − Φ E = ΔG
O fluxo dagrandeza G na saída (ΦS) menos o fluxo da grandeza G na entrada (ΦE) é igual à variação da grandeza G no volume de controle

Modelagem de Sistemas e Volume de Controle
Deve-se utilizar uma abordagem micro ou macroscópica ? Para entender o desafio: Considere um sistema com 1 cm3 de um gás monoatômico na pressão e temperatura atmosféricas. Este volume contém aproximadamente 6 x 1018 átomos. Paradescrever a posição de cada átomo necessitamos de três coordenadas (x,y,z). Para descrever a velocidade de cada átomo necessitamos das três componentes do vetor velocidade (u,v,w). Isto significa resolver um sistema com equações.

6 x 6 x 1018

Modelagem de Sistemas e Volume de Controle
Duas abordagens que reduzem o número de equações e de variáveis Abordagem Estatística. Baseada emconsiderações estatísticas e na teoria da probabilidade, trata com valores médios para todas as partículas em consideração Abordagem Macroscópica. Observa-se o efeito médio de muitas moléculas. Estes efeitos podem ser percebidos por nossos sentidos e medidos por instrumentos.
O que se mede, na realidade, é a influência média, no tempo, de muitas moléculas.

Estado e propriedade de uma substânciaDefinições Fase. Quantidade de matéria homogênea. Fase distintas podem coexistir num mesmo sistema.Em cada fase a substância pode existir a várias pressões e temperaturas ou, usando a terminologia da termodinâmica, em vários estados. Mudança de Fase Evaporação Solidificação Líquido Líquido Vapor Sólido

Mudança de Fase Condensação Fusão Líquido Líquido Vapor Sólido

Igualdade de TemperaturaObservações 1. A temperatura é um conceito associado à noção de quente ou frio. 2. Corpos de materiais diferentes, que estão a mesma temperatura, parecem estar a temperaturas diferentes 3. Devido a dificuldade em se definir temperatura, define-se igualdade de temperatura.

Lei Zero da Termodinâmica
Definição Quando dois corpos estão em igualdade de temperatura com um terceiro corpo, eles terãoigualdade de temperatura entre si.

Primeira Lei da Termodinâmica
Paradoxo da xícara com café quente

Q − W = ΔE

A Primeira Lei da Termodinâmica nos permite afirmar que a variação da Energia Interna do café da xícara é igual ao calor que cruzou as fronteiras do volume de controle representado pelo volume da xícara. A Primeira Lei ainda funcionaria para o caso hipotético (e improvável) do arambiente (mais frio) esquentar o café (mais quente) !!! A Termodinâmica não considera nem o mecanismo que proporciona a troca de calor e nem a taxa com que ela ocorreu. A termodinâmica lida com estados de equilíbrio da matéria, determinando a quantidade de calor para que um sistema passe de um estado de equilíbrio para outro. Portanto, uma vez que a transferência de calor ocorre num processo de...
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