Planilha para resolução de exercícios básicos sobre condutos forçados

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  • Publicado : 13 de outubro de 2011
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5.1) Salão de IC, Salão de PG e Mostra de Ensino:
Área do CNPq: Engenharias
Sub-área: engenharia civil

Palavras-chave: mecânica dos fluidos, escoamento sob pressão, excel, fato
r de atrito, perda de carga

USO DE FERRAMENTAS DE INFORMÁTICA NO ENSINO DE MECÂNICA DOS FLUIDOS

INTRODUÇÃO
Tendo em vista a pressão em condutos, os escoamentos podem ser divididos em dois tipos:escoamento livre e escoamento forçado. Este projeto será dedicado à análise dos escoamentos forçados, os quais se caracterizam por possuírem um escoamento à plena seção e sob pressão. Quando tiverem a seção circular serão chamados de tubos ou condutos. Então, para iniciar o projeto de uma tubulação, geralmente recorre-se aos seguintes dados básicos: diâmetro do conduto, vazão e perda de carga. As duasprimeiras estão baseadas no propósito do conduto, já a terceira requer uma atenção especial. A perda de carga representa o principal revés dentro dos escoamentos, ela esta baseada na dissipação da energia do líquido ao longo de seu trajeto, devido a rugosidade das paredes do conduto e da viscosidade do fluido. . A equação universal ou de Darcy- Weisbach (H= f L v²/(D 2 g), onde f é o fator de atrito,L é o comprimento, v é a velocidade, D é o diâmetro e g é gravidade) é utilizada para o cálculo das perdas de carga em condutos forçados.

Novamente chega-se a uma decisão um pouco mais complexa, qual o fator de atrito de cada escoamento? A equação mais utilizada para determiná-lo é a de Colebrook- White, a qual é implícita, ou seja, o fator f não está isolado na equação sendo necessário umprocesso iterativo para determinação do f. Para facilitar a determinação, foi feita uma solução gráfica, chamada Diagrama de Moody. Esta, mostra a dependência funcional entre f, Re e E/D. Como alternativa para a determinação do f, foram criadas equações explícitas (equações onde a variável desejada está isolada) como por exemplo a de Swamee-Jain (1976). Feitas estas considerações sobre o assunto,analisa-se o processo de automatização dos cálculos, tendo em vista a necessidade da reunião de vários parâmetros e a grande quantidade de maneiras de calculá-los. Basicamente, a planilha Excel une de uma maneira prática e acessível a possibilidade de escolher quais processos de cálculo se deseja e os dados característicos de cada material (através de planilhas auxiliares). Esta facilidadeproporciona ao aluno a chance de jogar com os valores e perceber como cada parâmetro influencia o resultado final. A ferramenta vai ser de grande ajuda dentro da cadeira, para exemplificar rapidamente resultados e auxiliar os estudantes na resolução de exercícios mais complexos.

OBJETIVOS
A disciplina de Mecânica dos Fluidos de forma geral apresenta uma base teórica e requer do aluno a resolução de umagrande quantidade de exercícios, visando o treino para resolver vários tipos de problemas. Devido à grande quantidade de arranjos destes, pode-se tornar onerosa a resolução de tantas combinações, dificultando o trabalho do professor, que pode ter dificuldade em passar uma visão ampla do assunto, e a dos alunos de adquirir um olhar crítico diante dos resultados numéricos. Em vista deste entrave,foram reunidos dentro de uma tabela automatizada de Excel os problemas mais comuns sobre condutos forçados, visando facilitar a resolução e a conferencia dos resultados. Em suma, o objetivo prioritário da planilha Excel é facilitar o processo de cálculo de condutos forçados, oferecendo uma ferramenta computacional de fácil operação. Junto a isso foram estabelecidos objetivos mais amplos e de...
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