MAPA – FENÔMENOS DE TRANSPORTE – 52/2023
A estocagem e o transporte de produtos perecíveis é conseguida graças aos sistemas de refrigeração desenvolvidos com o avanço da engenharia. Quem aí já não parou para pensar como um sistema de refrigeração funciona? Pois é, eu acredito que você já tenha ficado com esse pensamento. Contudo, não se preocupe! A maioria das respostas podem ser obtidas ao entender os Fenômenos de Transporte e aplicá-los ao sistema de refrigeração.
De uma forma generalizada, um sistema de refrigeração é composto, basicamente, por dispositivos de potência (compressor), dispositivos de troca térmica (trocadores de calor), dispositivos de expansão (válvula de expansão), uma rede de tubulação e um fluido refrigerante.
Fonte: https://revistadofrio.com.br/como-funciona-um-sistema-de-refrigeracao/. Acesso em: 28 abr. 2023.
A rede de tubulação conecta os dispositivos de potência, expansão e de troca térmica e permite que o fluido refrigerante escoe em todo o sistema sob uma determinada vazão. Os tubos da rede, geralmente, são construídos de cobre. Da mecânica dos fluidos, sabemos que todo fluido em escoamento sofre uma perda de pressão devido à rugosidade do material do tubo. Assim, a mecânica dos fluidos está envolvida no dimensionamento da tubulação do sistema de refrigeração. Por outro lado, da transferência de calor,
sabemos que, nos dispositivos de troca térmica, o calor será transferido de um corpo de maior para um de menor temperatura. Dessa forma, a quantidade de calor trocado no evaporador e no condensador, bem como as áreas de troca térmica são dimensionadas com base nos fundamentos da transferência de calor.
Para um sistema de refrigeração hipotético, faça o que se pede a seguir:
a) Determine qual deve ser o diâmetro da tubulação de cobre (ε = 0,0015 mm), sabendo que o fluido (ρ = 0,0015 g mL-1 e µ = 0,012 cP) escoa a uma vazão de 2 kg s-1, e a velocidade do fluido na rede de tubulação deve ser mantida a 25 m s-1 . Informe o diâmetro em polegadas (in) e demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.
b) Utilizando as informações do fluido e da tubulação expostas na alternativa (a), determine se o fluido em escoamento se encontra em regime laminar ou turbulento. Justifique.
c) Utilizando as informações do fluido e da tubulação expostas na alternativa (a), determine o fator de atrito do escoamento. Demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.
d) Utilizando as informações do fluido e da tubulação expostas na alternativa (a), determine a perda de carga do escoamento. Informe a perda de carga em metros de água por metro de tubulação (mH2O m ) e demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.
e) Determine a potência do compressor sabendo que ele opera adiabaticamente com 75% de eficiência e uma queda de pressão de 465 kPa. Além disso, as perdas por atrito podem ser desprezadas no compressor, o qual opera a vazão constante de 2 kg s-1 e com os mesmos fluidos e diâmetros da tubulação (entrada e saída do compressor) informados na alternativa (a). Informe a potência em kW, considere o fluido como incompressível e demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.
f) Determine a área de troca térmica do evaporador sabendo ele é um trocador de calor que foi projetado para retirar calor do ambiente a ser refrigerado a uma taxa de 75 kJ por kg de fluido refrigerante utilizado no sistema. O fluido refrigerante circula no sistema a uma vazão de 2 kg s-1 e mantém a parede interna da serpentina de cobre (k = 390 W m-1 K-1 e espessura de 3 mm) do evaporador a 248 K e a parede externa a 258 K. Informe a área em m2 e demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.
g) Considerando as informações da alternativa (f), se o ambiente externo for mantido a -5 C, determine o coeficiente convectivo do ar presente no ambiente a ser refrigerado. Informe o coeficiente convectivo em W -2 -1 m K e demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.
MAPA – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL I – 52/2023
MAPA — FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL I
A seguir, estão as instruções para atividade. Leia-as integralmente e com atenção!
P&D de Veículos
Os veículos têm diversos componentes de segurança, sendo um dos principais o sistema de freios, que pode ser a disco ou a tambor, com acionamento hidráulico, pneumático e/ou sistemas ABS. No sistema de freio a tambor, a frenagem ocorre quando as pastilhas de freio são pressionadas contra um tambor de freio que está preso à roda. O sistema de freio a disco, por outro lado, funciona com um disco de freio preso à roda e pastilhas de freio que são pressionadas contra o disco para desacelerar o carro. Quando o motorista pisa no pedal do freio, um pistão é acionado e empurra as pastilhas de freio contra os discos (ou tambores) de freio, criando atrito e desacelerando o carro. O fluido de freio também desempenha um papel importante no sistema, transmitindo a força do pedal de freio para as pastilhas de freio.
O sistema de frenagem também é equipado com um sistema de assistência ao freio, como o sistema ABS (Sistema de Freios Antibloqueio), que ajuda a prevenir o bloqueio das rodas e permite que o motorista mantenha o controle do veículo durante a frenagem. Além do sistema de frenagem do veículo, aconselha-se aos condutores realizarem a técnica de freio motor, a qual diminui a velocidade do veículo sem precisar utilizar os freios de forma intensa; o freio motor é realizado ao desacelerar o veículo por meio da redução de marchas, aproveitando a resistência oferecida pelo motor e pela transmissão para diminuir a velocidade do veículo.
Fontes:
Disponível em: https://autoesporte.globo.com/servicos/noticia/2021/11/pisou-no-freio-e-o-pedal-tremeu-se-seu-carro-tem-abs-esta-tudo-certo.ghtml. Acesso em: 20 abr. 2023.
Disponível em: https://blog.nakata.com.br/sistema-de-freio-tudo-o-que-voce-precisa-saber-para-nao-correr-perigo/. Acesso em: 20 abr. 2023.
Ao ser contratado(a) por uma nova montadora de veículos, você tem um novo projeto junto à equipe de Pesquisa e Desenvolvimento da empresa para analisar os sistemas de frenagem já existentes e propor melhorias/atualizações. Nos sistemas de frenagem, diversas são as variáveis que influenciam o desenvolvimento de diferentes tecnologias, como, por exemplo, tempo de frenagem, possibilidades de pista molhada/escorregadia, peso do veículo, durabilidade do equipamento, probabilidade de falhas, otimização de energia etc. São variadas as possibilidades de análises e algumas delas são apresentadas a seguir:
- Testes com um sistema de frenagem já aplicado nos veículos atuais da montadora em que você está atuando apresentam os seguintes resultados: o veículo de, aproximadamente, 1100 kg iniciou no repouso e, em seguida, é acelerado uniformemente por 15 segundos, atingindo a velocidade de 30 m/s. Ao atingir essa velocidade, o veículo é freado e atinge o repouso 20 segundos após o início do movimento.
a) Faça o gráfico de velocidade em função do tempo para o movimento descrito, apresentando, no gráfico, o tipo de movimento (progressivo, retrógrado, acelerado, retardado).
b) Calcule a distância total percorrida por esse veículo.
c) Qual é a força do sistema de frenagem, considerando que a força de desaceleração foi totalmente resultante dos freios? Justifique o sinal (+ ou -) da sua resposta.
d) Nos sistemas internos do veículo, após finalizado o teste, foi observado que o freio motor (sistema de redução de marchas) realizou trabalho com intensidade de 99000 J. Assim, conclui-se que a força do sistema de frenagem foi menor que a observada anteriormente, devido à dissipação de energia por aquecimento. A partir dessas informações, qual é a porcentagem de dissipação de energia do sistema de frenagem?
- Em outro teste em pistas controladas, um veículo (A) com massa de 1200 kg se movendo a 200 km/h velocidade inicia frenagem com máxima capacidade, reduzindo sua velocidade. Entretanto, em sua frente, há um veículo (B) com massa de 4000 kg e sem velocidade. Há a colisão frontal entre A e B e, após a colisão, os dois veículos se movem juntos com velocidade de 36 km/h. Qual é a variação de velocidade que a frenagem foi capaz de realizar no veículo A imediatamente antes da colisão?
MAPA – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II – 52/2023
M.A.P.A. – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II
CONTEXTUALIZAÇÃO
A física desempenha um papel fundamental em diversas áreas industriais, desde a fabricação de produtos até o desenvolvimento de tecnologias avançadas. Por meio dos fundamentos da física, propriedades mecânicas, eletrônicas e magnéticas dos materiais, é possível produzir componentes com alta precisão, construir máquinas e equipamentos, projetar sistemas seguros, confiáveis e eficientes, bem como contribuir para o desenvolvimento de tecnologias que têm potencial de garantir avanços significativos em diversas áreas produtivas.
Nesta atividade MAPA, você encontrará situações cotidianas em uma empresa e algumas maneiras de como os conceitos e fundamentos estudados em física são utilizados na resolução de problemas ou melhoria dos processos. Assim, é importante que você leia com atenção a atividade, pesquise soluções, resolva os exercícios com calma e contate os professores em caso de dúvidas.
Desejo a vocês um ótimo trabalho!
Professora Ariane Cezarotto Fiewski.
PROBLEMÁTICA
Você foi contratado(a) como trainee na empresa X e para avaliar o seu potencial como colaborador para a possibilidade de efetivação na empresa, a gerência solicitou que você fizesse uma avaliação de alguns processos e setores, buscando melhorias que possam beneficiar a empresa. Para tanto, é necessário que você cumpra as quatro etapas que estão descritas a seguir:
ETAPA 1
A sala dos engenheiros é iluminada por um circuito com três lâmpadas incandescentes em paralelo, cada lâmpada possui uma resistência de 10 Ω e uma potência de 60 W. Por razões de economia, a gerência solicitou a substituição das lâmpadas por lâmpadas led com 20 Ω e 10 W.
1.a. Considerando que a tensão da rede seja de 110 V, determine quantas lâmpadas led serão necessárias para substituir as lâmpadas incandescentes.
1.b. Sabendo que cada lâmpada nova custou R$ 20,00, quantos dias serão necessários para que as novas lâmpadas se paguem com a economia de energia? Suponha que o preço por kWh seja de R$ 0,50 e que a lâmpada fique acesa 8 horas por dia.
ETAPA 2
A empresa X está buscando padronizar seus procedimentos. Diante disso, você notou que na sala em que está trabalhando possui um gerador cujas características da força eletromotriz ε e resistência interna não foram especificadas. Para resolver esse problema você foi até o laboratório e por meio de várias medidas de potencial entre os terminais desse gerador e da corrente elétrica que passa neste circuito obteve a seguinte curva característica:
Analisando Analisando o gráfico obtido no experimento, determine:
2.a. A força eletromotriz do gerador.
2.b. A resistência interna do gerador.
2.c. A equação característica desse gerador.
2.d. A corrente de curto-circuito.
ETAPA 3
Uma das salas de produção de componentes da empresa X tem as seguintes dimensões: 10 m x 10 m x 3 m. Essa sala produz alguns componentes sensíveis à temperatura e para isso deve ser mantida em 15 °C. Atualmente, o controle diário da temperatura da sala está indicando média de 28 °C. Diante disso, a gerência solicitou que você que fosse instalado um segundo sistema para lidar com o excesso de calor. Para tanto, determine a potência necessária desse novo sistema para manter a sala em 15 °C, sabendo que o sistema funciona continuamente. Considere a densidade do ar 1,225 kg/m³ e calor específico do ar 1000 J/kg.K
ETAPA 4
A empresa possui uma máquina térmica que utiliza gás natural como combustível e gera 500 kW de energia elétrica. Buscando otimizar a utilização dos recursos energéticos, a gerência da empresa resolveu aproveitar o calor gerado pela máquina térmica para atender a necessidade de aquecer a água de 20°C para 60 °C
MAPA – FUNDIÇÃO E SOLDAGEM – 52/2023
M.A.P.A. – FUNDIÇÃO E SOLDAGEM
Olá, aluno(a), tudo bem?
Seja bem-vindo(a) à nossa atividade M.A.P.A da disciplina de Fundição e Soldagem. A atividade que será apresentada aqui terá como tema as decisões que um engenheiro responsável pelo setor de manutenção de um frigorífico deverá tomar para a execução correta dos serviços prestados. Sua atividade encontra-se dividida em duas etapas, sendo que cada uma das etapas aborda um conteúdo diferente do seu livro.
VOCÊ ESTÁ PREPARADO?
Nas próximas páginas, você será DESAFIADO(A)! Como futuro(a) engenheiro(a), queremos que você desenvolva habilidades essenciais para a sua jornada, como: analisar, sistematizar, refletir e tomar decisão.
Uma aprendizagem ativa relevante é relacionada à nossa vida, aos nossos projetos e expectativas. Analisar os desafios da vida real para a tomada de decisão, transformando-os em um objeto de estudo que permita a aplicação de conceitos relacionados a fundição e soldagem. Quanto mais controle você tiver sobre as variáveis de um problema, menor será o risco. Assim, minimizar o risco é fundamental para uma boa tomada de decisão de um investimento.
O objetivo deste desafio é provocar o seu senso crítico, buscando na leitura os fundamentos necessários à explicação e compreensão das questões propostas, conectando o conteúdo da Fundição e Soldagem à realidade. Além disso, este desafio proporciona autonomia para que você seja capaz de organizar suas atividades mentais, de modo a desenvolver não somente o que compete às suas atribuições como estudante, mas também como futuros profissionais.
Nossa atividade está dividida em duas etapas que deverão ser feitas individualmente. Assim, seus conhecimentos serão colocados à prova! Você está preparado(a)? Vamos lá!
Para ajudar na compressão da atividade, acesse o vídeo a seguir:
https://youtu.be/ndL7I-QihZ4
CONTEXTUALIZAÇÃO
Imagine que você trabalha como Engenheiro de Projetos em uma empresa do ramo frigorífico na região central do Brasil. Determinado dia, um dos equipamentos que está sob seu cuida, conhecido como quebrador de ossos, parou de funcionar devido ao tempo de uso. O quebrador de ossos pertence à empresa e trabalha continuamente há 10 anos. Uma vez que a máquina não está em funcionamento, o prejuízo é grande já que não existe outra máquina que possa substituir sua função, provocando a pausa da linha. Para conhecimento, observe a imagem abaixo, onde é possível observar um quebrador de ossos.
Fonte: O autor, 2023
Com o intuito de iniciar o processo de resolução do problema, você resolve realizar a primeira análise visual.
Ao realizar esta análise você constata a presença de trincas em mais de um dos quebradores. Como a trinca era generalizada e presente em muitos dos elementos, dado o tempo de vida da máquina e sua importância para o processo você opta por obter uma nova máquina semelhante a já existente.
Há, contudo, um ponto mais emergencial a ser resolvido. Uma vez que só há uma máquina quebradora de ossos, não podemos ter a linha parada até a chegada da nova máquina. Neste caso, será necessárias algumas ações imediatas e momentâneas para seguir com a produção. A ação a ser tomada consiste na substituição dos quebrados de ossos que quebraram. Para isso, você mandará sua equipe de usinagem produzir novos e soldar no lugar como plano de ação imediato.
Como a máquina apresenta mais de 10 anos, você não foi capaz de achar o manual de
instrução/manutenção da mesma e o fornecedor já não existe mais. Você sabe que o quebrador é fabricado com ferro fundido, mas não sabe qual o tipo. Diante do cenário apresentado, leia as fases 1 e 2 abaixo:
FASE 1
Como este modelo de quebrador de ossos te atende bem e supri suas necessidades, você resolve não alterar o projeto. Além disso, para evitar erros no processo de reparação provisória do seu equipamento, você necessita saber o material para aplicar o melhor tipo de solda. Com base nisso, responda as seguintes questões:
a) Qual(is) técnica(s) ou processo você, na condição de líder de manutenção, pode pedir para que seu time de colaboradores realize para determinar o tipo de ferro fundido, sendo que está, deverá ser uma técnica de baixo custo e rápido resultado? Explique sua resposta.
b) Uma vez determinado o tipo de material do quebrador de ossos, você resolve realizar um estudo para que, o novo equipamento, tenha um tempo de vida útil maior que o antigo. Para isso, você identifica que seu equipamento quebrou justamente em uma de suas garras que é utilizada para quebrar os ossos pois não aguentou tanto impacto. Sabendo que a ideia é continuar utilizando ferro fundido, qual tipo de ferro fundido (maleável, branco, cinzento ou nodular) você aconselharia para a fabricação desta nova garra? Por qual motivo?
FASE 2
Suponha agora que outro problema surgiu neste mesmo frigorifico que você trabalha. Desta vez, uma peça,produzida em alumínio, quebrou no interior de uma das máquinas. Esta peça é relativamente pequena, pesando aproximadamente 8 quilos. Ela apresenta muitos detalhes, rebaixos e seções finas. É uma peça única que necessita de alto rigor dimensional.
Para evitar futura dor de cabeça, sabendo que esta peça é um item praticamente impossível de se encontrar no mercado, você irá mandar produzir duas réplicas, uma para substituir a peça quebrada e outra para deixar em estoque. Com base nas informações apresentadas, responda:
a) Levando em conta o custo-benefício, qualidade e quantidade, qual processo de fundição você utilizaria para a fabricação do item em questão? Por qual motivo?
OBS: por processo de fundição entende-se os processos de modelamento como microfusão, areia verde e outros. Não sendo, portanto, os processos de fusão como alto forno e cadinho.
b) De acordo com o processo escolhido, descreva as etapas do processo determinado.
c) Com base no que foi apresentado, quais processos de fundição você não utilizaria para a produção do item quebrado? Explique o motivo.
