Semelhança física

22 06 2009

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.
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.

imagem

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.

imagem

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.

imagem

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:
imagemimagem

fonte http://www.demec.ufmg.br





primeira avaliação

16 06 2009

Oi Grupo Fenomenais,

O Blog de vocês ficou Muito Bom. Vocês abordaram o assunto, diversificaram, e colocaram filmes. Embora tenham algumas postagens fora do prazo estipulado.   Senti falta de uma pesquisa de equipamentos comerciais para medição da viscosidade. A avaliação é composta pela avaliação no trabalho e pela participação. De modos que podem haver notas diferentes em um mesmo grupo. Continuem assim no proximo assunto.

Prof. Angela





Exemplos de Números Adimensionais

16 06 2009

Existe una grande quantidade de números adimensionais. A seguir são listados alguns dos mais utilizados.

Nome

Campo de aplicação

Número de Abbe óptica (dispersão em materiais ópticos)
Número de Arquimedes movimento de fluidos devido a diferenças de densidade
Número de Bagnold fluxo de grãos, areia, etc.
Número de Biot condutividade superficial vs. volumétrica de sólidos
Número de Bodenstein distribuição do tempo de residência
Número de Bond força capilar devido à flotação
Número de Brinkman transferência de calor por condução entre uma superficie e um líquido viscoso
Número de Brownell Katz combinação do número de capilaridade e o número de Bond
Número de Capilaridad fluxo devido à tensão superficial
Número de Courant-Friedrich-Levy resolução numérica de equações diferenciais
Número de Damköhler escala de tempo de uma reação química vs. o fenômeno de transporte
Número de Dean vórtices em tubulações curvas
Número de Deborah reologia dos fluidos viscoelásticos
Número de Eckert transferência de calor por convecção
Número de Ekman geofísica (forças de atrito por viscosidade)
Número de Eötvös determinação da forma da gota
Número de Euler hidrodinâmica (forças de pressão vs. forças inerciais)
Número de Foppl-von Karman Flambagem de cascas delgadas
Número de Fourier transferência de calor
Número de Fresnel difração
Número de Froude forças inerciais vs. gravitacionais em fluidos
Número de Galilei fluxo viscoso devido à gravidade
Número de Graetz fluxo de calor
Número de Grashof convecção natural
Número de Hagen convecção forçada
Número de Karlovitz combustão turbulenta
Número de Knudsen aproximação do contínuo em fluidos
Número de Laplace convecção natural em fluidos miscíveis
Número de Lewis difusão molecular vs. difusão térmica
Número de Mach dinâmica dos gases (velocidade do gás vs. velocidade do som)
Número de Reynolds magnético magneto-hidrodinâmica
Número de Marangoni Fluxo de Marangoni
Número de Morton determinação da forma da gota
Número de Nusselt transferência de calor com convecção forçada
Número de Ohnesorge atomização de líquidos, fluxo de Marangoni
Número de Péclet problemas de advecção-difusão
Número de Peel adesão de microestruturas sobre substratos
Número de Prandtl convecção forçada e natural
Número de Rayleigh forças de flotação e viscosas em convecção natural
Número de Reynolds forças de inércia vs. viscosas em fluidos
Número de Richardson efeito da flotação na estabilidade dos fluxos
Número de Rossby forças inerciais em geofísica
Número de Schmidt dinâmica de fluidos (transferência de massa e difusão)
Número de Sherwood transferência de massa e convecção forçada
Número de Sommerfeld lubrificação de bordas
Número de Stanton transferência de calor com convecção forçada
Número de Stefan transferência de calor durante mudanças de fase
Número de Stokes dinâmica da partícula
Número de Strouhal fluxos contínuos e pulsantes
Número de Taylor fluxos rotacionais
Número de Weber fluxos multifásicos sobre superficies curvas
Número de Weissenberg fluxos viscoelásticos
Número de Womersley fluxos contínuos e pulsante




Números Adimensionais

16 06 2009

Estes números são muito úteis na engenharia química porque estabelecem similaridades e com base nelas o engenheiro realiza “scale up” passando da escala de laboratório via escala piloto para a escala industrial. Por exemplo, para o desenvolvimento de um novo processo, um engenheiro químico constrói um modelo em pequena escala, denominada escala de laboratório ou escala piloto, onde testa o processo e conclui que o mesmo se qualifica ou não para ser usado em escala industrial. Se for decidido que o processo deve ser levado para a escala industrial, para que funcione da mesma forma que o seu piloto, o protótipo precisa ser similar ao piloto. Isso implica em não apenas similaridade geométrica, mas também hidrodinâmica, térmica, reacional, etc.. Ai é que entram os números adimensionais.

Existem duas formas de se chegar aos números adimensionais, a primeira é a partir das equações básicas dos fenômenos de transferências e reacionais envolvidos no processo. Nada pode ser esquecido.

Considerando a similaridade hidrodinâmica, esta é regida, no caso geral dos fluidos newtonianos, pela equação de Navier-Stokes-Poisson e, no caso particular dos fluidos incompressíveis e/ou uniformes pela equação de Navier-Stokes. Ela pode ser escrita da seguinte maneira

imagem

Esta equação é universal para o movimento dos fluidos incompressíveis e tanto vale para escoamentos em tubos como dentro de tanques agitados. Ela deve ser particularizada para cada caso usando hipóteses simplificadoras. Isso não interessa no momento. Se é possível montar e resolver o problema matemático resultante é assunto para outro departamento. Aqui o assunto é similaridade visando a obtenção dos números adimensionais.

fonte http://carlosedison.blogspot.com/2009/05/numeros-adimensionais.html





O Uso de Números Adimensionais

16 06 2009

Suponhamos que se deseje determinar a força F de resistência ao avanço de uma esfera lisa mergulhada em um fluido. Tal força costuma ser chamada de FORÇA DE ARRASTO.

Essa força depende, qualitativamente, do diâmetro (D), da velocidade (V) da esfera, da massa específica (ρ) e da viscosidade dinâmica (μ) do fluido.

imagem

Inicialmente serão fixados ρ e μ construindo F em função de D utilizando a velocidade como parâmetro. Posteriormente deverão ser verificadas as variações de F com ρ e μ.
Essa determinação implica a construção de inúmeros diagramas, desde que se queira uma idéia precisa dessa variação.

imagem2

fonte Barth, Flavio Terra. Analise Dimencional.





Tixotropia e Reopexia

1 06 2009

Tixotropia
A tixotropia é o fenômeno da diminuição da viscosidade aparente com o tempo de cisalhamento, à uma taxa de cisalhamento constante. Como na pseudoplasticidade, a diminuição da viscosidade aparente com o tempo é também devida à quebra de uma estrutura organizada no fluido. Se deixarmos em repouso durante algum tempo um sistema tixotrópico, a viscosidade aparente aumentará devido à formação de uma estrutura mais organizada das partículas em suspensão que “imobiliza” o líquido entre as partículas. Se, a seguir, submetermos o sistema a cisalhamento, a uma velocidade de agitação constante, a viscosidade aparente decrescerá com o tempo até atingirmos o equilíbrio entre quebra e reconstrução da estrutura. A tixotropia é facilmente observada quando mexemos (cisalhamos) com uma espátula uma tinta latex para pintar parede. Inicialmente a tinta parece muito viscosa, mas, com o tempo, ela vai se tornando mais fluida. Soluções de polímeros de massa molar elevada são, em geral, tixotrópicas. Suspensões coloidais de óxido de ferro III, de alumina e algumas argilas, que formam sistemas fracamente gelificados, também apresentam tixotropia.

Reopexia
A reopexia é o fenômeno do aumento da viscosidade aparente com o tempo de cisalhamento, à uma taxa de cisalhamento constante.





Óleos lubrificantes, alguns dados interessantes…

30 05 2009

Prazos de troca e escolha do óleo:

No Brasil, normalmente se usa a norma SAE para viscosidade e a classificação API para a qualidade do óleo, se o seu carro pede um óleo SAE 20W50 SH, você pode usar qualquer óleo com tal classificação. A viscosidade não pode ser alterada (20W50), a não ser que no manual sejam indicadas duas viscosidades diferentes. Já a classificação API pode ser alterada, desde que se altere para uma classificação mais nova. Neste caso se pode usar o SH, SJ ou o SL, preferencialmente o SL que só trará benefícios ao motor. Quanto ao uso de óleo mineral, sintético ou semi-sintético, assunto muito polêmico, porém ao meu ver óleos de mesma classificação API têm a mesma qualidade, sejam minerais ou sintéticos (ou a classificação API é furada…), a diferença é que se o petróleo acabar só restarão os óleos sintéticos. Eu não vejo porque usar óleo sintético ao invés do mineral, dizem que o sintético dura duas vezes mais, mesmo que durasse ele custa três vezes mais… O que deve ser feito é usar o óleo de viscosidade e classificação corretas, troca de óleo nos períodos certos, observando os casos de solicitação severa: Percursos abaixo de 10km, constantes engarrafamentos, estradas poeirentas, sempre em rotações altas, gasolina adulterada. Nos quais o período de troca deve ser reduzido pela metade. No meu caso como o manual estipula a troca do óleo a cada 10000km, porém uso o carro em percursos abaixo de 10 km, e muito provavelmente com gasolina adulterada (muito comum no Brasil), portanto troco o óleo a cada 5000 km. Não esqueça de sempre trocar o filtro de óleo (por mais que no manual estipule uma troca de filtro a cada duas trocas de óleo), pois o filtro perde a capacidade de filtrar com o tempo, além de misturar óleo velho (normalmente 0,5 l do filtro), com o óleo do cárter (normalmente 4 l). Isso sem contar com o risco de mudar a marca do óleo e misturar óleos com aditivos incompatíveis, a troca do filtro implica em pouco gasto a mais. Porém o motor agradece.

Para o fluido de freio pode-se usar DOT4 se o manual pede DOT3. Já para a direção hidráulica, normalmente não é estipulado o período de troca, porém, a cada 50000 km é bom trocá-lo para retirar sujeira e umidade do sistema, normalmente se usa a classificação DEXRON II – D. Quanto à caixa de marcha, consulte o manual do proprietário para saber a viscosidade do óleo (nunca a mude) e o período de troca (em geral 50000km).

Detalhes técnicos:

Para óleos lubrificantes, dois itens devem ser considerados:A viscosidade e o nível de desempenho. Tais características são explicadas abaixo. Consulte o manual do veículo caso tenha dúvidas de que óleo usar.

Viscosidade:

A viscosidade é uma das mais importantes propriedades de um óleo lubrificante. Pode ser definida como a resistência ao movimento que um fluido apresenta a uma dada temperatura.

Óleos lubrificantes podem ser classificados em função do grau de viscosidade, sendo os mais utilizados:

ISO:

A ISO ( International Standards Organization ) criou um sistema que classifica os óleos de acordo com a sua viscosidade na unidade de medida centistokes ( cSt ) à 40 °C. Os valores variam de 2 a 1500 cSt e na tabela, o mesmo número do grau é correlacionado com o valor da sua viscosidade, com tolerância de 10% para mais ou para menos. Exemplo: Um óleo ISO VG 100 ou simplesmente ISO 100 terá um valor de viscosidade à 40 °C entre 90 e 110 cSt.
Obs: VG significa Viscosity Grade ( grau de viscosidade )

A classificação ISO é normalmente utilizada para óleos industriais.

SAE para óleos de motores:

A SAE ( Society of Automotive Engineers ) desenvolveu um sistema de classificação baseado nas medições de viscosidade. Para óleos de motores, este sistema estabeleceu 11 tipos de classificações ou graus de viscosidade: SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W, 20, 30, 40, 50 e 60. O “W”que se segue ao grau de viscosidade SAE significa inverno (winter) e indica que um óleo é adequado para uso em temperaturas mais frias. Os óleos que tem a designação W devem ter o valor de viscosidade adequado quando medidos nas temperaturas baixas. As classificações SAE que não incluem o W definem graduações de óleo para uso em temperaturas mais altas. A viscosidade desses óleos SAE 20, 30 40 e 50 devem ter o valor adequado quando medidos a 100°C.

O desenvolvimento dos melhoradores de índice de viscosidade possibilitou a fabricação dos óleos de múltipla graduação e de primeira qualidade, este tipo é também conhecido como óleo multigrau. Esses óleos, SAE 20W40, 20W50, 5W40 são largamente usados, porque ao dar partida no motor, o óleo está frio. Nesta temperatura ele deve ser “fino” o suficiente para fluir bem e alcançar todas as partes do motor. Já em altas temperaturas, ele deve ter a viscosidade adequada para manter a película protetora entre as partes metálicas, garantindo a lubrificação adequada á temperatura de trabalho do motor.

Os óleos multigraus podem ser usados em uma gama maior de temperaturas do que os óleos monograu. Suas características de temperatura/viscosidade proporcionam partida e bombeio fáceis em baixas temperaturas, todavia, eles são viscosos o bastante em altas temperaturas, para lubrificar como os óleos monogramas.

Por exemplo, os óleos 20W40 são formulados para cumprir os requisitos de viscosidade em baixa temperatura de um óleo monograu SAE 20W e os requisitos de viscosidade em alta temperatura de um óleo monograu SAE 40.

Os óleos classificados como SAE sem a designação W tem suas viscosidades medidas em 100°C para assegurar viscosidade adequada em temperaturas operacionais normais do motor.

SAE para óleos de engrenagens:

Este sistema tem função equivalente ao sistema para óleos de motor e estabelece 07 tipos de classificações ou graus de viscosidade: SAE 70W, 75W, 80W, 85W. O “W” que se segue ao grau de viscosidade SAE significa inverno (winter) e indica que um óleo é adequado para uso em temperaturas mais frias. Os óleos que tem a designação W devem ter o valor de viscosidade adequado quando medidos nas temperaturas baixas. As classificações SAE que não incluem o W definem graduações de óleo para uso em temperaturas mais altas. A viscosidade desses óleos são SAE 90, 140 e 250 e devem ter o valor adequado quando medidos a 100°C.

Esta classificação se aplica normalmente a transmissões mecânicas e diferenciais de veículos leves e pesados.

Nível de Desempenho:

Os óleos de motores são classificados de acordo com a API ( American Petroleum Institute ) para nível de desempenho e de acordo com o grau SAE para viscosidade.

A classificação API é uma classificação de desempenho de óleos, americana, que é utilizada mundialmente pelos fabricantes de motores.

O sistema de classificação de óleos da API (American Petroleum Institute) permite que os óleos sejam definidos com base na suas características de desempenho e no tipo de serviço ao qual se destina. Este sistema permite o acréscimo de novas categorias a medida que os projetos dos motores mudam e se exige mais do óleo do motor. A evolução das letras do alfabeto significam óleos de melhor qualidade/desempenho.

A classificação para motores a gasolina que leva a letra S (que e de Service Station – ou posto de gasolina em inglês ) seguida de outra letra que determina a evolução do óleos. Esta classificação e de fácil entendimento já que a evolução das letras significa a evolução da qualidade dos óleos. Os óleos são classificados então como SA, SB ,SC ,SE,SF,SG,SH, SJ e o mais novo e avançado SL.
A classificação mais recente é a API SL que é superior a API SJ, logo os óleos com classificação API SL são óleos de melhor desempenho que os óleos de classificação API SJ. Ou seja, os óleos SL passam por todos os testes que um óleo API SJ passa e por mais alguns que os óleos API SJ não passam. Logo, quando e recomendado um óleo com classificação SJ poderá ser usado um óleo SL, porem o contrário não e permitido.

A maioria dos óleos atuais pode ser usado tanto em motores gasolina quanto álcool ou GNV (Gás Natural Veicular), porém motores de ciclo Diesel usam óleos específicos.

Para motores a gasolina, existe ainda uma classificação realizada pela ACEA – Associação Européia de Fabricantes de Veículos (antigamente denominada CCMC), que define diversos níveis de desempenho, tais como: A1, A2 e A3.

Para motores a gasolina do tipo 2 tempos, normalmente utilizados em motos, ciclomotores, karts, motosserras e similares, a classificação da API abrange três níveis de desempenho: API TA, TB e TC, onde o TC é a mais avançada no momento. Para motores de 2 tempos a gasolina, existe ainda uma classificação da indústria japonesa chamada JASO, que define outros três níveis de desempenho : JASO FA, FB e FC, que de forma análoga à API, tem o nível JASO FC como o mais atual.

Para motores marítimos de 2 tempos refrigerados a água utilizados em lanchas – tipo Outboard (fora de borda), existe uma classificação definida pela NMMA – National Marine Manufacturers Association : TC-W, TC-W 2 e TC-W3. Em 1994, ocorreu uma recertificação dos produtos classificados, gerando o atual nível TC-W3 recertificado, que é o mais avançado do mercado.

A classificação para motores diesel já e bem mais complexa. A classificação tem a letra C (de comercial ) seguida da letra (ou letra e numero) que determina a evolução dos óleos. Esta classificação é simples somente até a classificação CD, pois segue a evolução das letras do alfabeto: CA,CB,CC e CD . A partir dai, ha uma separação da categoria em três grandes ramos.
Os óleos atualmente produzidos podem atender a especificação de cada ramo de uma forma independente.
O ramo dos óleos para motores diesel 2 tempos (praticamente só motores Detroit ) tem a partir da categoria CD duas evoluções: a categoria CD-II e outra mais recente CF-2.

O ramo dos óleos para motores 4 tempos para veículos operando com diesel de teor de enxofre maior que 0.5 % que só teve uma evolução . A categoria CF que sucede a CD para esta aplicação especifica.

O ramo dos óleos para motores 4 tempos para veículos operando com diesel com teor de enxofre menor que 0.5% já teve 4 evoluções : CE , CF-4 , CG-4 e CH-4.

De qualquer forma é recomendado sempre seguir a indicação do fabricante. Assim se um há uma especificação de se utilizar no mínimo um CF-4 se pode utilizar um CG-4 e não se pode utilizar um CE.

Para motores diesel, existe ainda uma classificação realizada pela ACEA – Associação Européia de Fabricantes de Veículos ( antigamente denominada CCMC ), que define diversos níveis de desempenho, tais como: B1,B2, B3 e B4 ( motores de automóveis ) ; E1,E2,E3 e E4 ( motores de caminhões / ônibus ) . Esta classificação é normalmente exigida pelos fabricantes de motores diesel de origem européia, tais como Mercedes Benz, Volvo, Scania, etc…

A Mercedes Benz possui ainda um critério de classificação de desempenho compatível com a da ACEA, sendo que os níveis atualmente variam de: MB 228.0 a 228.3.

fonte http://cliente.argo.com.br/~igor_lia/oleo.htm








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