Departamento de Engenharia Mecânica UERJ

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Fenômenos de Transporte

A expressão Fenômenos de Transporte, ou Fenômenos de Transferência, faz referência ao estudo sistemático da transferência de quantidade de movimento, energia e matéria, em um determinado meio. O transporte destas grandezas e a construção de seus modelos guardam fortes analogias, tanto físicas como matemáticas, de tal forma que a análise matemática empregada é praticamente a mesma

Os fenômenos de transporte podem dividir-se em dois tipos: transporte molecular e transporte convectivo. Estes, por sua vez, podem ser estudados em três níveis distintos: nível macroscópico, nível microscópico e nível molecular.

Dentro desta área temos as seguintes subáreas de estudo:

- Transferência de Calor
- Mecânica dos Fluidos
- Dinâmica dos Gases
- Princípios Variacionais e Métodos Numéricos

*Todas estas são matérias que fazem parte do curso de graduação em engenharia mecânica/química com ênfase em Termofluidodinâmica.

Suas aplicações não se restringem apenas aos meios acadêmicos, seu usa varia desde uma simples medição de pressão, dimensionamento de motores ou desenvolvimento de trocadores de calor, análises aerodinâmicas, até um complexo sistema de refrigeração de usinas nucleares.

Laboratórios da área:

Grupo de Estudos e Simulações Ambientais em Reservatórios - GESAR

Subárea: Transferência de Calor

O que é?

Transferência de Calor, ou Propagação de Calor, é a ciência que estuda a transição de energia térmica de uma massa (corpo) mais quente para uma massa mais fria. Noutras palavras, é a troca de energia calorífica entre dois sistemas de temperaturas diferentes.

Essencialmente, consideramos 3 tipos de formas de transferência de calor: condução, convecção e radiação.

- Condução: é a transferência de calor por contato direto das partículas de matéria.
- Convecção: é a transferência de energia térmica pelo movimento de moléculas de uma parte do material para outra.
- Radiação: é a transferência de energia térmica através do espaço vazio.

Aplicações:

Dentre as diversas aplicações, podemos citar:

Sistemas passivos de resfriamento: Sistemas Passivos de Resfriamento são soluções de engenharia que exercem a função de transferir calor de uma fonte quente para uma fonte fria sem o auxílio de energia externa. Este tipo de solução é amplamente utilizado em reatores nucleares.

Trocadores de calor: Um trocador de energia é um dispositivo que visa à transferência de energia térmica de forma eficiente de um meio para outro. Alguns exemplos que utilizam este tipo de aplicação: geladeiras, ar condicionados, radiadores, etc.

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Subárea: Mecânica dos Fluidos

O que é?

Mecânica dos fluidos é a ciência que tem por objetivo o estudo do comportamento físico dos fluidos e das leis que regem este comportamento.Esta ciência pode ser dividida em duas grandes vertentes: a dinâmica dos fluidos e a hidrostática ou estática dos fluidos.

- Dinâmica de fluidos é o ramo da ciência aplicada que se preocupa com o movimento dos líquidos e gases.
Cientistas em vários domínios estudam a dinâmica de fluidos. Esta fornece métodos para o estudo da evolução das estrelas, correntes oceânicas, padrões climáticos, placas tectónicas e até mesmo a circulação sanguínea.

- A Hidrostática é a parte da Física que estuda os fluídos em repouso, ou seja, que não estejam em movimento.
Além do estudo dos fluídos propriamente ditos, são estudadas as forças que esses fluídos exercem sobre corpos neles imersos, seja em imersão parcial, como no caso de objetos f lutuantes, como os totalmente submersos.

Aplicações:

Algumas importantes aplicações tecnológicas da dinâmica dos fluidos incluem os motores de foguetes, as turbinas eólicas, os oleodutos e os sistemas de ar condicionado.

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Subárea: Dinâmica dos Gases

O que é?

Dinamica dos Gases é a ciência que tem por objetivo o estudo do comportamento dinâmico físico dos gases e das leis que regem este comportamento.

A dinâmica dos gases está relacionada com a mecânica dos fluidos compressíveis, que é uma combinação dos campos tradicionais da mecânica dos fluidos e termodinâmica. Em dinâmica dos fluidos, um escoamento é considerado como compressível se a densidade do fluido muda em relação a pressão. Este é frequentemente o caso em que o número de Mach (a razão entre a velocidade de fluxo para a velocidade do som local) do fluxo é superior a 0,3.

Aplicações:

Algumas aplicações podem ser citadas, como: Escoamentos internos em motores-foguete e turbinas a gás; e Túneis de vento de alta velocidade (subsônicos, transônicos, supersônicos e/ou hipersônicos)

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Subárea: Princípios Variacionais e Métodos Numéricos

Subárea: Principios Variacionais e Métodos Numéricos

Princípios Variacionais e Métodos Numéricos é uma área da ciencia que faz uso de métodos computacionais, simuladores e métodos analiticos para aproximar soluções, de forma satisfatória, de problemas reais. Através desta área, problemas complexos podem ser resolvidos com maior facilidade, economizando tempo e dinheiro, além de poder garantir uma maior precisão nos cálculos.

Métodos numéricos são usados em diversas áreas, desde a engenharia até a agronomia, auxiliando, assim, a evolução cientifica e tecnológica da humanidade.

Aplicações:

Métodos numéricos são utilizados tanto na área acadêmica quanto na indústria, servindo como base para a maioria dos projetos. Podemos citar algumas aplicações como: Distribuição de calor em uma haste, cálculo de esforços, integração numérica, simulações aerodinâmicas, cálculo de erros, ajuste de curvas, método dos elementos finitos, etc.