Introdução aos Fenómenos de Transporte

Objetivos

Conhecimento dos mecanismos de transporte de massa, calor e quantidade de movimento em sólidos e em escoamentos de fluidos, do ponto de vista microscópico e macroscópico. Conhecimento das equações governantes na forma diferencial e das propriedades das substâncias e dos números adimensionais relevantes nestes processos. Aquisição de conhecimentos básicos para aplicar modelos matemáticos ao transporte de quantidade de movimento, calor e massa, em sólidos e em escoamentos laminares.

Programa

INTRODUÇÃO À DINÂMICA DE FLUIDOS. Conceito de meio contínuo. Número de Knudsen. Tensões viscosas e viscosidade. Lei de Newton da viscosidade. Fluidos Newtonianos e Não-Newtonianos. Modelos reológicos de fluidos complexos. Equação da continuidade (forma diferencial). Equações de Navier-Stokes (forma diferencial). Escoamentos laminares e turbulentos. Número de Reynolds. Soluções analíticas de escoamentos laminares. TRANSPORTE DE CALOR. Mecanismos de transferência de calor. Condução, Convecção e Radiação. Fluxo de calor e condutividade térmica. Lei de Fourier. Difusividade térmica. Equação da energia (forma diferencial). Número de Prandtl. Convecção natural ou forçada. Coeficiente de transmissão de calor. Número de Nusselt. Soluções analíticas de condução em sólidos. TRANSPORTE DE MASSA. Mecanismos de transferência de massa. Lei de Fick e difusibilidade. Equação de transporte de campos escalares. Difusão em gases, em líquidos e em sólidos. Reacção química. Números adimensionais para transporte de massa.

Pré Requisitos

Conhecimentos básicos de Análise Matemática (cálculo integral e equações diferenciais) e Mecânica clássica.

Competências Transversais

Planeamento do trabalho laboratorial: preparação e discussão com o grupo e o corpo docente da estratégia de execução do trabalho. Gestão do tempo: tratamento de dados no laboratório dentro da moldura temporal estabelecida. Trabalho em equipa: planeamento, aquisição e tratamento de dados em grupo a ser encorajada. Comunicação e apresentação de resultados: na última sessão, cada grupo deverá fazer apresentação oral de um trabalho, para todos os colegas, que deverão discutir e avaliar a apresentação. Valorização: 20% da componente laboratorial. A participação nas aulas teórico-práticas será também contabilizada (modelo a estabelecer).

Componente Laboratorial

Realização de trabalhos laboratoriais, de entre os seguintes: 1. Aquecimento de cilindros metálicos em estado transitório; 2. Caracterização reológica de líquidos; 3. Medição de coeficientes de transferência de calor em convecção natural e convecção forçada, usando sensores de fluxo de calor. Organização em grupos de 2 a 3 alunos, com cada grupo fazendo um trabalho numa sessão. Tratamento dos resultados feito de imediato, durante a sessão, com entrega de ficha preenchida, e um relatório completo com prazo a definir.

Componente de Programação

Pequeno trabalho em laboratório de informática, com simulação de transporte de massa, quantidade de movimento e calor, destinado a utilizar os princípios dos fenómenos de transporte.

Princípios Éticos

Todos os membros do grupo são responsáveis pelo trabalho do grupo. Em qualquer avaliação, todo o aluno deve divulgar honestamente qualquer ajuda recebida e fontes usadas. Numa Avaliação oral, todo aluno deverá ser capaz de apresentar e responder a perguntas sobre toda a avaliação.