Zora Ionara Gama Dos Santos (29)
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1.1 Cerâmica: o que é isso?

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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.

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1.2 Como é formada uma cerâmica?

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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

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1.3 Quais os tipos de cerâmicas?

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1.2.3 Estruturas cristalinas do tipo AmBnXp

Nos materiais cerâmicos cristalinos também é possível encontrar mais de um tipo de cátion; por exemplo, pode-se ter dois tipos de cátions (representados por A e B). Assim, suas fórmulas químicas podem ser designadas por AmBnXp. Geralmente, esta estrutura é resultado da combinação de cátions e ânions grandes, de tamanho semelhante, empacotados formando uma estrutura chamada perovskita. Na perovskita, os cátions menores, de maior carga, ocupam os sítios octaédricos, e os cátions maiores, de menor carga, fazem rede com o oxigênio.

Callister, 2001.

Um exemplo de um material cerâmico que apresenta esse tipo de estrutura é o titanato de bário (BaTiO3). Esse material tem uma estrutura cristalina de perovskita e propriedades eletromecânicas bastante interessantes. Em temperaturas superiores a 120 °C (248 °F), a estrutura cristalina é cúbica. Os íons Ba2+ estão localizados em todos os 8 vértices do cubo, enquanto um único íon Ti4+ encontra-se posicionado no centro do cubo, com os íons de O2- localizados no centro de cada uma das 6 faces. O material é muito utilizado na produção de captador piezoelétrico. Uma célula unitária dessa estrutura é mostrada na Figura 1.10, em que os círculos localizados nos vértices representam os íons de O2-, círculos das faces representam os íons Ba2+ e o círculo no centro do cubo representa o íon Ti4+.

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1.4 Propriedades

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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.

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1.5.3 Fundição em fita

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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.

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Yunus A Engel William J Palm Iii (9)
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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.

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Capítulo 2 - Equações Diferenciais de Primeira Ordem

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

Capítulo

2

Equações D ifere n c ia is de Primeira O rde m

OBJETIVOS

E

m muitos problemas, a taxa de mudança (derivada primeira) de uma variável depende tanto desta quanto da variável independente. Tais problemas podem geralmente ser descritos pela equação diferencial y′= f(x, y), onde y′ representa a derivada primeira, e f(x, y), os demais termos.

A aparência simples das equações diferenciais de primeira ordem pode nos levar a pensar erroneamente que essas equações têm fácil solução. Apesar de isso ser verdade em alguns casos, a resolução das equações diferenciais de primeira ordem pode ser tão desafiadora quanto a solução das equações de ordem superior.

Não existe um método para a resolução de todas as equações diferenciais de primeira ordem; na verdade, os métodos existentes são aplicáveis a certas classes de equações diferenciais. Dessa forma, a classificação e o estudo dessas equações em diferentes grupos são fundamentais.

Neste capítulo, aprenderemos como reconhecer os diferentes tipos de equação diferencial de primeira ordem. Resolveremos cada tipo. Primeiramente, estudaremos as equações lineares de primeira ordem, já que elas podem ser sempre resolvidas por meio de um processo sistêmico, abordando algumas aplicações dessas equações. Então, abordaremos as equações não lineares de primeira ordem e a existência de soluções em uma dada região. Em particular, abordaremos as equações que podem ser classificadas como separáveis, homogêneas ou exatas, pois existe um método analítico de solução dessas equações, sejam elas lineares ou não.

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Capítulo 3 - Equações Diferenciais Lineares de Segunda Ordem

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

Capítulo

3

Equações Diferenciais

Lineares de Segunda Ordem

OBJETIVOS

E

quações diferenciais lineares de primeira ordem podem ser sempre resolvidas de uma maneira sistemática, com o do uso do fator integrante, como discutido no Cap. 2, e não há muita diferença se os coeficientes são constantes ou variáveis, desde que as integrações possam ser realizadas. Porém, essas afirmações não se aplicam às equações diferenciais lineares de segunda ordem (ou ordem superior), já que não existe um procedimento geral para solução dessas equações, a menos que os coeficientes sejam constantes e que elas atendam a certas condições. Várias equações que aparecem nas ciências e na engenharia são lineares de segunda ordem com coeficientes constantes, e, então, é importante que dominemos o procedimento de solução dessas equações. Isso é exatamente o que pretendemos neste capítulo.

Apesar de a maioria das definições, dos teoremas e procedimentos descritos neste capítulo serem gerais, iremos nos concentrar nas equações lineares de segunda ordem com coeficientes constantes por duas razões: (1) tais equações são as mais encontradas na prática por cientistas e engenheiros e (2) novos conceitos são mais fáceis de ser demonstrados e aprendidos em equações simples. Estenderemos a análise para as equações lineares de ordem superior com coeficientes constantes no Cap. 4 e abordaremos as equações lineares com coeficientes variáveis no Cap. 5, pela introdução do método de solução usando séries. Essa sequência de três capítulos provê uma completa cobertura das equações lineares.

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Capítulo 4 - Equações Diferenciais Lineares de Ordem Superior

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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.

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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″

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Yunus A Engel Michael A Boles (17)
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Medium 9788580552003

Capítulo 10: Ciclos de Potência a Vapor e Combinados

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

Capítulo

10

C i cl os de P otên c ia a

Vapor e C ombin a d o s

OBJETIVOS

N

o Cap. 9 discutimos os ciclos de potência a gás nos quais o fluido de trabalho permanece como um gás durante todo o ciclo. Neste capítulo, consideramos os ciclos de potência a vapor, nos quais o fluido de trabalho

é alternadamente vaporizado e condensado. Consideramos também a geração de potência acoplada ao processo de aquecimento, chamada de cogeração.

A busca constante por eficiências térmicas mais altas resultou em algumas modificações inovadoras no ciclo de potência a vapor básico. Entre elas discutimos os ciclos regenerativos e com reaquecimento, bem como os ciclos de potência combinados gás-vapor.

Vapor de água é o fluido de trabalho mais comum utilizado nos ciclos de potência a vapor, pois tem várias características desejáveis, tais como baixo custo, disponibilidade e alta entalpia de vaporização. Assim, este capítulo dedica-se principalmente à discussão das usinas a vapor de água. As usinas a vapor normalmente são classificadas como usinas a carvão, usinas nucleares ou usinas a gás natural, em referência ao tipo de combustível usado para fornecer calor ao vapor. Entretanto, o vapor passa pelo mesmo ciclo básico em todas elas, e por isso todas as usinas podem ser analisadas do mesmo modo.

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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

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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.

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Capítulo 13: Misturas de Gás

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

Capítulo

13

Mi s t u ras de G ás

OBJETIVOS

A

té este ponto, limitamos nosso exame aos sistemas termodinâmicos que envolvem uma única substância pura, como a água. Muitas aplicações termodinâmicas importantes, porém, envolvem misturas de várias substâncias puras em vez de uma única. Assim, é importante compreender as misturas e aprender a lidar com elas.

Neste capítulo, lidamos com misturas de gases não reativos. Uma mistura de gases não reativos pode ser tratada como uma substância pura, uma vez que, em geral, essa é uma mistura homogênea de gases diferentes. As propriedades de uma mistura de gases dependem, obviamente, das propriedades dos gases individuais

(chamados de componentes ou constituintes), bem como da quantidade de cada gás da mistura. Assim, é possível preparar tabelas de propriedades para as misturas. Isso tem sido feito para misturas comuns, como o ar. Preparar tabelas de propriedades para a composição de cada mistura possível não é algo prático, uma vez que o número de composições possíveis é infinito. Assim, precisamos desenvolver regras para determinar as propriedades de mistura usando o conhecimento das composições das misturas e as propriedades dos componentes individuais.

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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.

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Yunus A Engel Afshin J Ghajar (14)
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Medium 9788580551273

Capítulo 10. Ebulição e condensação

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

Capítulo

10

Ebul i ção e

C ondensação

S

abemos em termodinâmica que, quando a temperatura do líquido a determinada pressão aumenta até a temperatura de saturação Tsat nessa pressão, ocorre ebulição. Do mesmo modo, quando a temperatura do vapor é reduzida a Tsat, ocorre condensação. Neste capítulo, estudamos as taxas de transferência de calor durante as transformações da fase líquida para vapor e de vapor para líquido.

Embora a ebulição e a condensação apresentem algumas características únicas, são consideradas formas de transferência de calor por convecção, uma vez que envolvem movimento de fluidos (como ascensão das bolhas para o topo e escoamento do condensado para o fundo). A ebulição e a condensação diferem de outras formas de convecção na medida em que dependem do calor latente de vaporização hfg do fluido e da tensão superficial � na interface líquido-vapor, além das propriedades do fluido em cada fase. Observando que, sob condições de equilíbrio, a temperatura se mantém constante durante o processo de mudança de fase a uma pressão constante, grandes quantidades de calor (devido ao grande calor latente de vaporização liberado ou absorvido) podem ser transferidas durante a ebulição e a condensação, essencialmente a uma temperatura constante. Na prática, porém,

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Capítulo 11. Trocadores de calor

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

Capítulo

11

Troca dor es de Ca lor

O

s trocadores de calor são dispositivos que facilitam a troca de calor entre dois fluidos que se encontram em diferentes temperaturas, evitando a mistura de um com o outro. Os trocadores de calor são utilizados, na prática, em uma ampla gama de aplicações, desde sistemas de aquecimento e ar condicionado domésticos a processos químicos e produção de potência em grandes usinas.

Os trocadores de calor diferem de câmaras de mistura na medida em que não permitem a mistura dos dois fluidos envolvidos.

A transferência de calor em um trocador de calor geralmente envolve convecção em cada fluido e condução através da parede que separa os dois fluidos. Na análise de trocadores de calor, é conveniente trabalhar com o coeficiente global de transferência de calor U, que representa a contribuição de todos esses efeitos sobre a transferência de calor. A taxa de transferência de calor entre os dois fluidos em um local de trocador de calor depende da magnitude da diferença de temperatura no local, que varia ao longo do trocador de calor.

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Capítulo 12. Fundamentos de radiação térmica

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

Capítulo

12

Funda m entos de

R adi a ção Tér m ic a

A

té agora, temos considerado os modos de transferência de calor por condução e por convecção, que estão relacionados com a natureza dos meios envolvidos e a presença de movimento de fluido, entre outros fatores. Voltamos agora nossa atenção para o terceiro mecanismo de transferência de calor: a radiação, que é caracteristicamente diferente dos outros dois.

Começamos este capítulo com uma discussão sobre as ondas eletromagnéticas e o espectro eletromagnético, com especial ênfase na radiação térmica. Em seguida, introduzimos o corpo negro, a radiação do corpo negro e a função de radiação do corpo negro, idealizados juntamente com a lei de Stefan-Boltzmann, a lei de Planck e a Lei de Wien do deslocamento.

A radiação é emitida por cada ponto de uma superfície plana em todas as direções no hemisfério acima da superfície. A quantidade que descreve a amplitude da radiação emitida ou incidente em determinada direção no espaço é a intensidade de radiação. Diversos fluxos de radiação, como poder emissivo, irradiação e radiosidade, são expressos em termos de intensidade. Isto é seguido por uma discussão das propriedades radioativas dos materiais, como emissividade, absortividade, refletividade e transmissividade, e sua dependência em relação ao comprimento de onda, à direção e à temperatura. O efeito estufa é apresentado como um exemplo das consequências da dependência em relação ao comprimento de onda nas propriedades de radiação. Terminamos este capítulo com uma discussão sobre a radiação atmosférica e solar.

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Capítulo 13. Transferência de calor por radiação

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

Capítulo

13

Trans fer ência d e

C al or por R adiaç ã o

N

o Cap. 12 foram considerados os aspectos fundamentais da radiação e as propriedades de radiação das superfícies. Já podemos, agora, considerar a troca de radiação entre duas ou mais superfícies, que é a grandeza de interesse principal na maioria dos problemas de radiação.

Começamos este capítulo com uma discussão sobre os fatores de forma e suas regras associadas. Expressões para o fator de forma e diagramas para algumas configurações comuns são dados, e é apresentado o método das linhas cruzadas.

Em primeiro lugar, discutimos a transferência de calor por radiação entre superfícies negras e, em seguida, entre superfícies não negras, utilizando a abordagem da rede de radiação. Continuamos com o escudo de radiação e discutimos seus efeitos sobre as medições de temperatura e sobre o conforto. Finalmente, consideramos a radiação em um gás e discutimos a emissividade efetiva e a absortividade do gás de um corpo de várias formas. Discutimos, também, a troca de radiação entre paredes de câmaras de combustão e gases de combustão emissores e absorvedores a altas temperaturas no seu interior.

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Capítulo 14. Transferência da massa

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

Capítulo

14

Trans fer ência de M assa

A

té este ponto restringimos nossa atenção para problemas de transferência de calor que não envolvem nenhuma transferência de massa. No entanto, muitos problemas significativos de transferência de calor encontrados na prática envolvem a transferência de massa. Por exemplo, cerca de um terço da perda de calor a partir de uma pessoa em descanso é devido à evaporação. A transferência de massa é análoga à transferência de calor em muitos aspectos, e existe uma estreita semelhança entre as relações de transferência de calor e de massa.

Neste capítulo discutimos os mecanismos de transferência de massa e desenvolvemos as relações da taxa de transferência de massa para situações comumente encontradas na prática.

Deve ser feita uma distinção entre transferência de massa e movimento de massa de fluido (ou escoamento de fluido), que ocorre em nível macroscópico quando o fluido é transportado de um local para outro. A transferência de massa exige a presença de duas regiões com diferentes composições químicas e refere-se ao movimento da espécie química a partir da região de concentração mais elevada em direção à região de menor concentração. A principal força motriz para o escoamento do fluido é a diferença de pressão, enquanto, para a transferência de massa,

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Winderson Eug Nio Dos Cruz Eduardo Cesar Alves Santos Jos Hamilton Chaves Gorgulho J Nior (66)
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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

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Medium 9788536512044

1.2 Breve histórico

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

relativos à mecânica, à eletrônica, ao controle e ao processamento de informações em máquinas e instrumentos genéricos. A definição oficial de um robô industrial, dada pelo RIA (Robot Institute of

America), em 1981, ainda reflete a atual condição da tecnologia robótica:

1.1.1.1 Definição do RIA

Um robô industrial é um manipulador reprogramável, multifuncional, projetado para mover materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especiais em movimentos variáveis programados para a realização de uma variedade de tarefas.

Esta definição foi ampliada pelo significado dado pela ISO (International Organization for

Standardization), mais recentemente (2011), através da norma ISO 10218:

1.1.1.2 Definição da ISO 10218

Um robô industrial é uma máquina para manipulação, com vários graus de liberdade, controlada automaticamente, reprogramável, multifuncional, que pode ter base fixa ou móvel para utilização em aplicações de automação industrial.

Partindo dessas definições, é possível associar um robô industrial ao tipo de máquina aplicada na automação flexível, sendo constituída basicamente por um manipulador mecânico acionado por atuadores a partir de um controlador, o qual opera com base em informações de movimentos programados e de sinais gerados por elementos sensores de realimentação. Tais elos permitem o correto posicionamento e a orientação da peça ou ferramenta destinada para a tarefa.

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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;

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para classificação de peças;

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

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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

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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.

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2.2 O manipulador mecânico

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

As partes que constituem um robô correspondem a alguns membros de um ser humano (e de outros animais), pois os problemas de percepção, movimento e controle que os robôs devem resolver são análogos aos muitos problemas com os quais humanos e outras criaturas vivas também se defrontam. De fato, a fim de descobrir como os robôs podem solucionar essas situações, os engenheiros frequentemente preferem estudar como a natureza tentou solucioná-los. Atualmente, além dos braços mecânicos industriais, há uma série de pesquisas envolvendo robôs com movimentos similares aos de aranhas, cobras ou quadrúpedes.

2.2 O manipulador mecânico

O braço articulado, também denominado manipulador mecânico, é formado por várias partes: elos, juntas, punho e efetuador final. Os elos são as partes rígidas do manipulador; seriam, por exemplo, comparáveis ao braço e ao antebraço de uma pessoa. Já as juntas são as partes do manipulador que realizam uma conexão móvel entre dois elos; em uma pessoa, corresponderiam ao ombro e ao cotovelo. Ao final da cadeia cinemática que compõe o manipulador (ou seja, na extremidade oposta

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