Zora Ionara Gama Dos Santos (29)
  Título Autor Editora Formato Comprar item avulso Adicionar à Pasta
Medium 9788536511917

1.1 Cerâmica: o que é isso?

Zora Ionara Gama dos Santos Editora Saraiva PDF Criptografado

1

Materiais Cerâmicos e Vidros

Para começar

Os materiais cerâmicos e vidros representam uma classe de material da qual fazem parte alguns dos materiais mais antigos e mais ambientalmente duráveis para aplicações tecnológicas. Representam ainda alguns dos materiais mais avançados, tendo seu uso desde o setor de construção civil até os setores aeroespacial e eletrônico. Neste capítulo serão apresentados os principais conceitos a respeito destes materiais, incluindo seus principais tipos de estrutura cristalina, a partir da qual tem-se um detalhamento das classificações e propriedades gerais destas em relação a outras classes de materiais, tais como os polímeros e os metais. Além disso, são apresentadas algumas de suas características mecânicas, elétricas, ópticas e de aplicações específicas. Encontra-se também uma esplanação das principais técnicas de fabricação para esta classe de materiais.

1.1 Cerâmica: o que é isso?

Os materiais cerâmicos são materiais inorgânicos, não metálicos, formados pela combinação de elementos químicos metálicos e não metálicos, como, por exemplo, óxidos, nitretos e carbetos. A grande variedade de materiais que se enquadra nessa classificação inclui minerais argilosos, cimento e vidro. Esses materiais são tipicamente isolantes à passagem de eletricidade e calor (não possuem elétrons livres para condução), apresentam boa resistência a altas temperaturas e a ambientes adversos (alta estabilidade química) e abrasivos. Em relação à abrasão, são mais resistentes do que os metais e os polímeros. Com relação ao comportamento mecânico, os cerâmicos são duros, porém muito quebradiços.

Ver todos os capítulos
Medium 9788536511917

1.2 Como é formada uma cerâmica?

Zora Ionara Gama dos Santos Editora Saraiva PDF Criptografado

1.2 Como é formada uma cerâmica?

Para se entender a formação estrutural de uma cerâmica, é necessário que se faça inicialmente uma distinção fundamental desses materiais levando em consideração a predominância do tipo de ligação química que ocorre na formação deles, visto que, assim como outros materiais, a estrutura

é determinada pela natureza das ligações atômicas presentes, bem como das características dos átomos envolvidos nessas ligações.

Como definido anteriormente, esses materiais podem ser formados a partir de ligações iônicas e/ou covalentes, de forma que, em geral, algumas cerâmicas são formadas predominantemente por ligações iônicas (cerâmica iônicas), enquanto outras apresentam predominância de ligações covalentes (cerâmica covalente).

As cerâmicas iônicas são, tipicamente, compostas da combinação de um elemento químico pertencente ao conjunto dos metais com outro elemento químico pertencente aos elementos não metálicos. Os íons metálicos, ou cátions, são carregados positivamente, visto que eles doam os seus elétrons de valência (elétrons localizados na camada mais externa) aos íons não metálicos, ou

Ver todos os capítulos
Medium 9788536511917

1.4 Propriedades

Zora Ionara Gama dos Santos Editora Saraiva PDF Criptografado

1.3.5.3 Materiais refratários

Este grupo compreende uma diversidade de produtos, que têm como finalidade suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de processo e de operação dos equipamentos industriais, que em geral envolvem esforços mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperatura e outras solicitações. Para suportar estas solicitações e em função de sua natureza, foram desenvolvidos inúmeros tipos de produtos, a partir de diferentes matérias-primas ou mistura destas.

Dessa forma, podemos classificar os produtos refratários quanto a matéria-prima ou componente químico principal em: sílica, sílico-aluminoso, aluminoso, mulita, magnesianocromítico, cromítico-magnesiano, carbeto de silício, grafita, carbono, zircônia, zirconita, espinélio e outros.

1.3.5.4 Isolantes térmicos

Os produtos deste segmento podem ser classificados em: (a) refratários isolantes que se enquadram no segmento de refratários; (b) isolantes térmicos não refratários, compreendendo produtos como vermiculita expandida, sílica diatomácea, diatomito, silicato de cálcio, lã de vidro e lã de rocha, que são obtidos por processos distintos ao do item (a) e que podem ser utilizados, dependendo do tipo de produto, até 10 ºC, e (c) fibras ou lãs cerâmicas que apresentam características físicas semelhantes às citadas no item (b), porém apresentam composições tais como sílica, sílica-alumina, alumina e zircônia, que, dependendo do tipo, podem chegar a temperaturas de utilização de 2.000 ºC ou mais.

Ver todos os capítulos
Medium 9788536511917

1.5.3 Fundição em fita

Zora Ionara Gama dos Santos Editora Saraiva PDF Criptografado

Ashby, 1998.

(a) (b)

Figura 1.18 – (a) Prensagem a quente e (b) prensagem isostática.

1.5.3 Fundição em fita

A fundição em fita é usada na produção de lençóis flexíveis de cerâmica. Isso consiste em vazar a suspensão em um suporte (metal/papel/vidro/polímero) uniformemente por meio de espalhamento, que depois é seco e finalmente cozido. As lâminas são preparadas a partir de suspensões

(barbotina), as quais consistem em uma suspensão de partículas cerâmicas em um líquido orgânico que contém elementos aglutinantes e agentes plastificantes, incorporados para introduzir resistência e flexibilidade à fita fundida. Neste processo, geralmente é necessária a desaeração em vácuo para remover bolhas de ar ou de vapor de solvente que tenham sido aprisionadas no material, os quais podem atuar como sítios iniciadores de trincas na peça acabada.

Este é um processo amplamente utilizado na produção de substratos cerâmicos destinados à fabricação de circuitos integrados e de capacitores com camadas múltiplas.

Ver todos os capítulos
Medium 9788536511917

1.5 Processamento

Zora Ionara Gama dos Santos Editora Saraiva PDF Criptografado

Materiais com reflexão especial de luz, transmissão ou outras propriedades ópticas incluem uma vasta gama de composições de vidro, vitrocerâmicos e cerâmicas especiais. Esses materiais são encontrados em literalmente centenas de produtos em quase todos os setores: aeroespacial, telecomunicações, eletrônica, industrial, médico, militar e de segurança interna.

A Tabela 1.9 apresenta um resumo de algumas propriedades de materiais cerâmicos e algumas de suas aplicações.

Tabela 1.9 – Propriedades e aplicações de algumas cerâmicas

Propriedades

Exemplo

Bi2Ru2O7

ZrO2 dopado

Elétricas

SiC

YBaCuO7

SnO2

α-Al2O3

Dielétricas

SiO2

(Ba, Sr)TiO3

γ-Fe2O3

Magnéticas

Mn0,4Zn0,6Fe2O4

BaFe12O12

SiO2 dopado

Ópticas

α-Al2O3

(ZnCd)S dopado

Mecânicas

Térmicas

Aplicação

Componente condutivo em resistores espessos

Eletrólitos em células de combustível de óxido sólido

Ver todos os capítulos

Ver Todos

Yunus A Engel William J Palm Iii (9)
  Título Autor Editora Formato Comprar item avulso Adicionar à Pasta
Medium 9788580553482

Capítulo 7 - Sistemas de Equações Diferenciais Lineares: Abordagem Matricial

Yunus A. Çengel, William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

7

Si s t emas de Equ a ç õ e s

Di f erenciais Lin e a re s :

Abordagem Matric ia l

OBJETIVOS

A

pós uma revisão das propriedades básicas das matrizes e de alguns tópicos importantes de álgebra, introduziremos o método matricial (ou o método dos autovetores), um procedimento mais geral e sistemático para resolver sistemas de equações diferenciais lineares. Dois outros métodos de solução (o método da transformada de Laplace e os métodos numéricos) serão abordados nos capítulos seguintes.

Mostraremos como os modelos de sistemas físicos podem ser expressos na forma matricial padrão. Será apresentada, então, a teoria básica do método matricial aplicado a equações lineares homogêneas e não homogêneas. Estudaremos as formas especiais de matriz, denominadas formas canônicas, e a matriz de transição,

úteis para o entendimento da dinâmica de processos. Finalmente, ilustraremos os poderosos métodos computacionais disponíveis para a implementação dos métodos abordados neste capítulo.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580553482

Capítulo 1 - Introdução às Equações Diferenciais

Yunus A. Çengel, William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

1

I nt rod ução às Eq u a ç õ e s

Di f erenciais

OBJETIVOS

A

diferença entre as equações algébricas e as diferenciais está no fato de que estas envolvem derivadas em suas funções. Como o estudo das equações diferenciais requer um bom entendimento de cálculo, o estudante deverá revisar alguns tópicos importantes, como variáveis dependentes e independentes, funções contínuas e descontínuas, derivadas ordinárias e parciais, diferenciais e incrementos, e integração.

Neste capítulo, abordam-se a importância das equações diferenciais e o valor do modelamento matemático para resolver problemas do mundo real. Serão apresentados exemplos de como equações diferenciais são originadas a partir de problemas práticos e suas soluções. Depois de uma breve revisão sobre alguns conceitos de cálculo, apresentaremos a classificação das equações diferenciais e trataremos das equações lineares e não lineares, e daquelas com coeficientes constantes ou variáveis. Apresentaremos a solução de algumas equações diferenciais simples por meio de integração direta. Finalmente, alguns programas de computador serão utilizados para resolver equações diferenciais simples e traçar gráficos.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580553482

Capítulo 5 - Equações Diferenciais Lineares: Coeficientes Variáveis

Yunus A. Çengel, William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

5

Equações D ifere n c ia is

L i neares: C oefic ie n te s

Vari áveis

OBJETIVOS

A

té agora, estudamos equações diferenciais com coeficientes constantes porque muitas delas podem ser resolvidas de forma sistemática, em termos de funções elementares (como exponenciais, funções trigonométricas e logaritmos). Também abordamos a equação de Euler como um caso especial de equação diferencial com coeficientes variáveis.

Agora, estamos prontos para lidar com equações diferenciais com coeficientes variáveis. Como essas equações raramente podem ser resolvidas em termos de funções elementares, é necessário investigar outros métodos de solução. O método de solução por série é usado com sucesso para a solução de equações diferenciais com coeficientes variáveis, por meio do qual é possível encontrar a solução de forma exata ou aproximada para equações lineares ou não lineares com coeficientes constantes ou variáveis.

Neste capítulo, aplicaremos o método de solução por séries a equações diferenciais lineares de segunda ordem com coeficientes variáveis, que pode ser expresso como y″

Ver todos os capítulos
Medium 9788580553482

Capítulo 6 - Sistemas de Equações Lineares: Método Escalar

Yunus A. Çengel, William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

6

Si s t emas de

Equações Linea re s :

M ét odo Escalar

OBJETIVOS

A

té agora, temos considerado equações diferenciais isoladas com uma única variável dependente. Apesar de vários problemas envolverem apenas uma variável dependente, muitos têm duas ou mais, cada uma sendo função de uma única variável independente. Tais problemas resultam em um sistema de equações diferenciais ordinárias. Aqui, um sistema significa um conjunto com duas ou mais equações diferenciais interligadas. O termo interligadas significa que as equações não podem ser resolvidas separadamente, mas de forma simultânea. A variável independente é usualmente o tempo e denotada por t. Em geral, as variáveis dependentes são denotadas por x, y, z, ... ou x1, x2, x3, ..., xn. Aspas ou pontos colocados acima das variáveis são usados para denotar diferenciação em relação a t.

Neste capítulo, estudaremos os sistemas de equações diferenciais lineares com coeficientes constantes, uma vez que a solução para esses sistemas pode sempre ser encontrada em termos de funções elementares. Consideraremos, também, um sistema com duas equações diferenciais de primeira ordem e duas variáveis dependentes, com o objetivo de manter a complexidade em um nível mínimo. Porém, os métodos apresentados podem ser estendidos para um sistema com qualquer número de equações de qualquer ordem, pois os mesmos princípios se aplicam a sistemas com mais equações, e qualquer equação diferencial de ordem n pode ser expressa como um sistema de equações diferenciais de primeira ordem.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580553482

Capítulo 4 - Equações Diferenciais Lineares de Ordem Superior

Yunus A. Çengel, William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

4

Equações D ifere n c ia is

L i neares de O r d e m

Superior

OBJETIVOS

A

s naturezas das equações lineares de primeira e segunda ordens são bastante diferentes, portanto, há poucos pontos em comum entre os procedimentos de solução. Por exemplo, equações lineares de primeira ordem têm uma forma direta de solução, assumindo que as integrais envolvidas nesse processo possam ser calculadas. Entretanto, a afirmação anterior só poderá ser aplicada às equações lineares de segunda ordem se estas tiverem coeficientes constantes. Mesmo assim, a solução pode exigir um procedimento mais elaborado.

Existe um paralelo entre as equações de segunda ordem e aquelas de ordem superior. A teoria aplicada a equações lineares de ordem superior é análoga à teoria das equações diferenciais lineares de segunda ordem. Neste capítulo, basicamente estenderemos a teoria baseada nas equações diferenciais lineares de segunda ordem para equações de ordem superior. As demonstrações apresentadas no Cap. 3 para o caso das equações de segunda ordem podem ser estendidas para equações de ordem superior por meio da generalização dessas demonstrações.

Ver todos os capítulos

Ver Todos

Yunus A Engel Michael A Boles (17)
  Título Autor Editora Formato Comprar item avulso Adicionar à Pasta
Medium 9788580552003

Capítulo 11: Ciclos de Refrigeração

Yunus A. Çengel, Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

11

C i cl os de

R ef ri geração

OBJETIVOS

U

ma das grandes áreas de aplicação da termodinâmica é a refrigeração, que é a transferência de calor de uma região com temperatura mais baixa para outra com temperatura mais alta. Os dispositivos que produzem refrigeração são chamados de refrigeradores, e os ciclos nos quais eles operam são chamados de ciclos de refrigeração. O ciclo de refrigeração mais usado é o ciclo de refrigeração por compressão de vapor, no qual o refrigerante é vaporizado e condensado alternadamente e é comprimido na fase de vapor. Outro ciclo de refrigeração conhecido é o ciclo de refrigeração a gás, no qual o refrigerante permanece sempre na fase gasosa. Os outros ciclos de refrigeração discutidos neste capítulo são a refrigeração em cascata, na qual é utilizado mais de um ciclo de refrigeração, a refrigeração por absorção, na qual o refrigerante é absorvido em um líquido antes de ser comprimido, e a refrigeração termoelétrica (discutida no

Ver todos os capítulos
Medium 9788580552003

Capítulo 2: Energia, Transferência de Energia e Análise Geral da Energia

Yunus A. Çengel, Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

2

Energ ia, Transfe rê n c ia de Energia e A n á lis e

G eral da Ener gi a

OBJETIVOS

Q

uer percebamos ou não, a energia é parte importante na maioria dos aspectos de nossa vida diária. A qualidade de vida, e até mesmo sua manutenção, dependem da disponibilidade de energia. Portanto, é importante que tenhamos uma boa compreensão das fontes de energia, da conversão entre diversas formas de energia e das ramificações dessas conversões. A energia existe sob muitas formas, e pode ser térmica, mecânica, elétrica, química e nuclear. Até mesmo a massa pode ser considerada uma forma de energia. Ela pode ser transferida para ou de um sistema fechado (uma massa fixa) de duas formas distintas: calor e trabalho. Para volumes de controle, energia também pode ser transferida por meio de um fluxo de massa. Uma transferência de energia de ou para um sistema fechado é calor se for causada por uma diferença de temperatura. Caso contrário, ela é trabalho e é causada por uma força que atua através de uma distância.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580552003

Capítulo 7: Entropia

Yunus A. Çengel, Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

7

Ent rop ia

OBJETIVOS

N

o Cap. 6, apresentamos a segunda lei da termodinâmica e a aplicamos aos ciclos e dispositivos cíclicos. Neste capítulo, aplicamos essa lei a processos. A primeira lei da termodinâmica trata da energia e de sua conservação. A segunda lei leva à definição de uma nova propriedade chamada entropia.

Essa propriedade é um tanto abstrata, sendo difícil descrevê-la fisicamente sem levar em conta o estado microscópico do sistema. Ela é melhor compreendida no estudo de suas aplicações nos processos mais comuns da engenharia, e é isso o que pretendemos fazer.

Este capítulo inicia com uma discussão da desigualdade de Clausius, que forma a base da definição da entropia. Em seguida, ele trata do princípio do aumento da entropia. Ao contrário da energia, a entropia é uma propriedade que não se conserva, não existindo portanto conservação de entropia. A seguir discutiremos as variações de entropia que ocorrem durante processos envolvendo substâncias puras, substâncias incompressíveis e gases ideais e examinaremos uma classe especial de processos idealizados denominados processos isentrópicos. Em seguida, consideraremos o trabalho reversível em regime permanente e as eficiências isentrópicas de diversos dispositivos de engenharia, como as turbinas e os compressores. Finalmente, apresentaremos o balanço de entropia e o aplicaremos a diversos sistemas.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580552003

Capítulo 14: Misturas Gás-Vapor e Condicionamento de Ar

Yunus A. Çengel, Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

14

Mi s t u ras G ás- Vap o r e

C ondicionamento d e Ar

OBJETIVOS

E

m temperaturas abaixo da temperatura crítica, a fase gasosa de uma substância é frequentemente chamada de vapor. O termo vapor implica um estado gasoso que está próximo da região de saturação da substância, elevando a possibilidade de condensação durante um processo.

No Cap. 13 discutimos as misturas de gases que geralmente estão acima de suas temperaturas críticas, por isso não havia preocupação com a possível condensação de nenhum desses gases durante um processo. A análise fica bastante simplificada quando não é preciso lidar com duas fases; porém, quando lidamos com uma mistura de gás e vapor, o vapor pode condensar durante um processo, formando uma mistura de duas fases. Isso pode complicar consideravelmente a análise. Assim, uma mistura de gás e vapor precisa ser tratada de modo diferente de uma mistura comum de gases.

Várias misturas de gás e vapor são encontradas na engenharia. Neste capítulo, vamos considerar a mistura de ar-água-vapor, que é a mistura de gás-vapor mais encontrada na prática. Discutimos também o condicionamento de ar, ou seja, a principal área de aplicação das misturas de ar-água-vapor.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580552003

Capítulo 12: Relações de Propriedades Termodinâmicas

Yunus A. Çengel, Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

12

R el aç ões de

P ropriedades

Termodinâmicas

OBJETIVOS

N

os capítulos anteriores, usamos amplamente as tabelas de propriedades.

Tendemos a confiar bastante nessas tabelas, pois, sem elas, as leis e princípios da termodinâmica são de pouca utilidade para os engenheiros. Neste capítulo, concentramos nossa atenção na maneira como as tabelas de propriedades são preparadas e como algumas propriedades desconhecidas podem ser determinadas com base em dados limitados.

Sabemos que algumas propriedades, como temperatura, pressão, volume e massa, podem ser medidas diretamente e que outras, como densidade e volume específico, podem ser determinadas por meio daquelas com o uso de algumas relações simples. Contudo, propriedades como energia interna, entalpia e entropia não são tão fáceis de determinar, pois não podem ser medidas diretamente nem relacionadas a propriedades facilmente mensuráveis por meio de relações simples.

Portanto, é essencial que desenvolvamos algumas relações fundamentais entre as propriedades termodinâmicas comumente encontradas e expressemos as propriedades que não podem ser medidas diretamente utilizando as propriedades facilmente mensuráveis.

Ver todos os capítulos

Ver Todos

Yunus A Engel Afshin J Ghajar (14)
  Título Autor Editora Formato Comprar item avulso Adicionar à Pasta
Medium 9788580551273

Capítulo 2. Equação de condução de calor

Yunus A. Çengel, Afshin J. Ghajar Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

2

Equação de C on d u ç ã o de Ca lor

A

transferência de calor tem direção e magnitude. A taxa de condução de calor na direção específica é proporcional ao gradiente de temperatura, que é a variação da temperatura com distância na mesma direção. A condução de calor em um meio é, em geral, tridimensional, dependente do tempo e da temperatura do meio, que varia com posição e com tempo, T � T (x, y, z, t). A condução de calor em um meio é considerada permanente quando a temperatura não varia com tempo, não permanente ou transiente quando varia. A condução de calor em um meio é considerada unidimensional quando a condução é significativa em dimensão única e desprezível nas outras duas, bidimensional quando a condução na terceira dimensão é desprezível e tridimensional quando a condução em todas as dimensões é significativa.

Começamos este capítulo com a descrição da condução de calor multidimensional permanente e não permanente. Em seguida, derivamos a equação diferencial que rege a condução de calor em uma extensa parede plana, um cilindro longo e uma esfera, para generalizarmos os resultados nos casos tridimensionais em coordenadas retangulares, cilíndricas e esféricas. Apresentamos uma discussão sobre as condições de contorno e alguns problemas sobre condução de calor e suas soluções. Finalmente, consideramos o problema de condução de calor com condutividade térmica variável.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580551273

Capítulo 3. Condução de calor permanente

Yunus A. Çengel, Afshin J. Ghajar Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

3

C ondução de C a lo r

P erm anente

N

a análise da transferência de calor, muitas vezes estamos interessados na taxa de transferência de calor através do meio sob condições e temperaturas superficiais permanentes. Os problemas podem ser resolvidos facilmente sem envolver equação diferencial, por meio da introdução do conceito de resistência térmica de forma análoga aos problemas de circuito elétrico. Nesse caso, a resistência térmica corresponde à resistência elétrica, a diferença de temperatura corresponde à tensão e a taxa de transferência de calor corresponde à corrente elétrica.

Começamos este capítulo com a condução de calor unidimensional permanente em parede plana, em cilindro e em esfera, e suas relações desenvolvidas para resistências térmicas. Desenvolveremos, também, relações da resistência térmica para condições de convecção e radiação nas fronteiras. Aplicaremos esse conceito para problemas de condução de calor em múltiplas camadas de paredes planas e geometrias cilíndricas e esféricas e generalizaremos esse mesmo conceito para sistemas que envolvem a transferência de calor em duas ou três dimensões. Discutiremos também a resistência térmica de contato e o coeficiente global de transferência de calor e desenvolveremos relações para o raio crítico de isolamento de cilindro e de esfera. Por último, abordaremos a transferência de calor permanente em superfícies aletadas e algumas geometrias complexas comumente encontradas na prática por meio do uso de fatores de forma de condução.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580551273

Capítulo 4. Condução de calor transciente

Yunus A. Çengel, Afshin J. Ghajar Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

4

C ondução de C a lo r

Trans iente

A

temperatura dos corpos, em geral, varia com o tempo e com a posição. Em coordenadas retangulares, a variação é expressa como T (x, y, z, t), onde

(x, y, z) indica a variação nas direções x, y e z, e t indica a variação com o tempo. No capítulo anterior, consideramos a condução de calor sob condições permanentes em que a temperatura do corpo em qualquer ponto não muda com o tempo. Isso certamente simplifica a análise, especialmente quando a temperatura varia em única direção, permitindo obter soluções analíticas. Neste capítulo, consideramos a variação de temperatura com o tempo e com a posição em sistemas uni e multidimensionais.

Começamos este capítulo com a análise de sistemas aglomerados, em que a temperatura do corpo varia com o tempo, mas permanece uniforme em todo o espaço, em determinado momento. A seguir, consideramos a variação de temperatura com o tempo e com a posição em problemas de condução de calor unidimensionais, como aqueles associados com uma grande parede plana, um cilindro longo, uma esfera e um meio semi-infinito, utilizando gráficos de temperatura transiente e soluções analíticas. Por último, consideramos a condução de calor transiente em sistemas multidimensionais utilizando a solução produto.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580551273

Capítulo 1. Introdução e conceitos básicos

Yunus A. Çengel, Afshin J. Ghajar Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

1

Int rodução e

C onceitos B ásic o s

A

ciência da termodinâmica trata da quantidade de calor transferido quando um sistema passa por um processo de estado de equilíbrio para outro, sem fazer nenhuma referência sobre quanto tempo esse processo demora. Mas, em engenharia, estamos mais frequentemente interessados na taxa de transferência de calor, que é o tema da ciência da transferência de calor.

Começamos este capítulo com a revisão dos conceitos fundamentais da termodinâmica, que são os princípios básicos da transferência de calor. Primeiro, abordamos a relação do calor com outras formas de energia e fazemos uma revisão sobre balanço de energia. Em seguida, apresentamos os três mecanismos básicos de transferência de calor, condução, convecção e radiação, e discutimos o conceito de condutividade térmica. Condução é a transferência de energia resultante da interação de partículas de maior energia de uma substância com partículas adjacentes de menor energia. Convecção é o modo de transferência de calor entre uma superfície sólida e um líquido ou gás adjacente que está em movimento, e esse processo envolve os efeitos combinados de condução e movimento do fluido. Radiação é a energia emitida pela matéria em forma de ondas eletromagnéticas (ou fótons), como resultado das mudanças nas configurações eletrônicas de átomos ou moléculas. Concluímos este capítulo com uma discussão sobre transferência simultânea de calor.

Ver todos os capítulos
Medium 9788580551273

Capítulo 5. Métodos numéricos em condução de calor

Yunus A. Çengel, Afshin J. Ghajar Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

5

Mét odos Num ér ic o s e m

C ondução de C a lo r

A

té agora, temos considerado principalmente problemas relativamente simples de condução de calor envolvendo geometrias simples com condições de contorno simples, porque somente esses problemas podem ser resolvidos analiticamente. Mas muitos problemas encontrados na prática implicam geometrias complicadas com condições de contorno complexas ou propriedades variáveis, e não podem ser resolvidos analiticamente. Nesses casos, soluções aproximadas, precisas o suficiente, podem ser obtidas por computadores, com a utilização de um método numérico.

Métodos de solução analíticos, como os apresentados no Cap. 2, têm base na resolução da equação diferencial governante, junto com as condições de contorno.

Eles resultam em soluções na forma de funções da temperatura para cada ponto do meio. Métodos numéricos, por sua vez, se baseiam na substituição da equação diferencial pelo conjunto de n equações algébricas para temperaturas desconhecidas, em n pontos selecionados no meio, e a solução simultânea dessas equações resulta nos valores da temperatura nesses pontos discretos.

Ver todos os capítulos

Ver Todos

Winderson Eug Nio Dos Cruz Eduardo Cesar Alves Santos Jos Hamilton Chaves Gorgulho J Nior (66)
  Título Autor Editora Formato Comprar item avulso Adicionar à Pasta
Medium 9788536512044

1.1 Robô? Qual é o significado dessa palavra?

Winderson Eugênio dos Cruz, Eduardo Cesar Alves, Santos, José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior Editora Saraiva PDF Criptografado

1

Robôs

Industriais

Para começar

Este capítulo tem por objetivo apresentar as origens dos robôs industriais tais como os conhecemos na atualidade. São apresentadas algumas definições que esclarecem exatamente o que é um robô industrial, bem como uma visão geral sobre o campo de aplicações e benefícios em relação ao seu uso.

Apresenta ainda um histórico dos principais desenvolvimentos tecnológicos que marcaram os avanços da robótica, bem como o atual estado da técnica e as áreas de competência necessárias ao projeto e à fabricação de robôs.

As informações apresentadas dão a necessária visão para a contextualização social aplicada da robótica na história industrial e tecnológica contemporânea.

1.1 Robô? Qual é o significado dessa palavra?

Desde a época em que a imaginação criativa do escritor Karel Čapek (1890-1938), da República Tcheca, introduziu o termo robô pela primeira vez, referindo-se à peça teatral de sua autoria,

Rossum’s Universal Robots, observa-se que a sociedade busca cada vez mais a materialização do conceito do que o significado da palavra robota (do idioma tcheco) naquele espetáculo dramatúrgico de

Ver todos os capítulos
Medium 9788536512044

1.3 Aplicações e benefícios

Winderson Eugênio dos Cruz, Eduardo Cesar Alves, Santos, José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior Editora Saraiva PDF Criptografado

Tabela 1.2 – Estado da técnica atual nos robôs industriais

Especificação

Característica

Repetibilidade

Décimos de milímetro

Velocidade

Até 5 m/s

Aceleração

Até 25 m/s2

Carga admissível

Até centenas de kg

Relação peso/carga

Em torno de 30 a 40

Número de eixos

6 (tipicamente)

Comunicação

Profibus, Ethernet, canais seriais (RS 232, 485)

Capacidades de E/S

Similares a um CLP para sinais analógicos e digitais

1.3 Aplicações e benefícios

Uma classificação mais detalhada das tarefas realizadas por um robô pode ser descrita como tendo três tipos de natureza básica: movimentação, medição e manipulação. A seguir, veremos exemplos e ilustrações de cada um desses tipos de tarefa.

1.3.1 Movimentação

Em operações de embalagem;

»»

para classificação de peças;

»»

na colocação e retirada de peças em centros de usinagem ou máquinas – ferramenta;

Ver todos os capítulos
Medium 9788536512044

2.1 Quais são as partes de um robô?

Winderson Eugênio dos Cruz, Eduardo Cesar Alves, Santos, José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior Editora Saraiva PDF Criptografado

Conceitos e

Tecnologias da

Robótica Industrial

2

Para começar

Neste capítulo, o objetivo é descrever os principais fundamentos tecnológicos que compõem os sistemas robóticos atualmente empregados nas indústrias. O robô será descrito por cada uma de suas partes constituintes. Enfatizaremos o braço mecânico manipulador e seu efetuador final. Quanto ao

último, serão abordados os principais tipos de garras conhecidas. O capítulo tratará ainda das questões que envolvem o sistema controle de movimento do robô: tipos de tecnologias de acionamentos e sistemas de controle.

Com estas informações, é possível caracterizar os diferentes tipos de robôs industriais atualmente encontrados, além de distinguir cada um de seus componentes para que possamos aprofundar o assunto no capítulo seguinte.

2.1 Quais são as partes de um robô?

Observe a foto, a qual demonstra a aparência de um robô industrial real. Como é possível aprender sobre seu princípio de funcionamento? Qual é a nomenclatura técnica aplicada aos elementos que compõem um robô industrial? Como são classificados os robôs industriais? As respostas a estas e outras importantes questões devem começar pela identificação das partes que compõem um robô industrial. Em seguida, então, pode-se conhecer com mais detalhes seus fundamentos tecnológicos.

Ver todos os capítulos
Medium 9788536512044

2.8 Tipos de algoritmo para movimentação

Winderson Eugênio dos Cruz, Eduardo Cesar Alves, Santos, José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior Editora Saraiva PDF Criptografado

circularmente distribuídos, os quais se encaixam em pinos de diâmetros ligeiramente menores, localizados em um disco de saída. Esta configuração faz com que o disco de saída gire em sentido oposto ao do eixo de entrada, promovendo, por fim, um elevado fator de redução.

Finalmente, uma transmissão harmônica (harmonic driver) é um mecanismo composto por três partes: um gerador de onda (wave generator), um anel intermediário flexível (flexspline) e um disco externo indentado (circular spline). O gerador de ondas é um rolamento de esferas em forma elíptica que permite o acoplamento de um eixo, e normalmente é o elemento de entrada de rotação.

O anel flexível é formado por material maleável com parede fina, o qual possui dois dentes a menos que o disco externo, e pode ser um elemento fixo ou rotativo de saída do movimento. Por fim, é a parede interna do disco exterior, de material rígido e com dentes de engrenagem, que permite ao anel flexível girar em movimento invertido ao aplicado na entrada. Este disco exterior pode ser um elemento fixo ou rotativo. Tal qual nos casos anteriores, este tipo de transmissão também produz alto desempenho mecânico com elevada redução de velocidade.

Ver todos os capítulos
Medium 9788536512044

2.5 O efetuador final

Winderson Eugênio dos Cruz, Eduardo Cesar Alves, Santos, José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior Editora Saraiva PDF Criptografado

Amplie seus conhecimentos

Relação entre ângulos do punho e manobras aeronáuticas

Rolamento

Nikiteev_Konstantin/Shutterstock.com

A necessidade de descrever movimentos rotacionais no espaço não existe apenas na robótica. Outras áreas do conhecimento também precisam descrever ângulos de orientação espacial, similarmente ao que ocorre no efetuador final de um robô. Este é o caso da aviação. Em uma aeronave, o piloto pode executar movimentos que se assemelham aos do punho de um robô. Veja, na Figura 2.13, a similaridade que existe entre os ângulos de arfagem e pitch, de guinada e yaw, de rolamento e roll. Mais informações podem ser obtidas em:.

Arfagem

Guinada

Figura 2.13 – Ângulos de rotação em uma aeronave.

2.5 O efetuador final

Megastocker/Shutterstock.com

Nuno Andre/Shutterstock.com

O elemento final na cadeia cinemática de um robô industrial é o seu efetuador, que está instalado logo após o punho. Os efetuadores finais podem ser classificados em dois grandes grupos: garras e ferramentas. A figura a seguir demonstra robôs com diferentes efetuadores finais.

Ver todos os capítulos

Ver Todos

Carregar mais