Modelagem e Simulação de Processos Dinâmicos Aplicados às Engenharias Química, de Bioprocessos, Elétrica, Mecânica, de Controle, Aeroespacial e Fluidodinâmica Computacional

De Juan Canellas Bosch Neto, Kelen Teixeira Daniel, Thaís Chagas Ribeiro e mais 2

O livro Modelagem e simulação de processos dinâmicos aplicada às Engenharias Química, de Bioprocessos, Elétrica, Mecânica, de Controle, Aeroespacial e Fluidodinâmica Computacional é uma obra multidisciplinar que tem como objetivo fornecer apoio didático para os cursos de graduação e pós-graduação na área de Modelagem e Simulação. O conteúdo principal refere-se a descrição dos fundamentos da modelagem para os sistemas: mecânico translacional; aeroespacial; elétrico; térmico; fluídico; químico; bioprocessos e, no último capítulo, tem-se uma abordagem sobre a Fluidodinâmica Computacional. O livro contém os programas computacionais desenvolvidos no software livre Octave para a realização das simulações. O software livre Octave é compatível com os softwares Scilab e Matlab e pode operar em plataformas livres como o Linux ou pagas como o Windows. Além de possuir um vasto conteúdo teórico, o livro disponibiliza vários exemplos resolvidos com aplicações para aulas em um laboratório de informática. As simulações dos exemplos estão representadas no formato de figuras para cada sistema. No último capítulo é abordado a Fluidodinâmica Computacional utilizando a versão livre para estudante do software CFX da Ansys. O apêndice no final do livro contém um guia de referência para a utilização do software livre Octave. Além do exposto acima, o livro apresenta um número significativo de exemplos e exercícios de forma a facilitar o aprendizado com um conteúdo interativo e links de acesso a videoaulas com simulações na internet feitas pelo autor.

• Idioma: Português
• Editora: Editora Appris
• Data de lançamento: 6 de set. de 2022
• ISBN: 9786555239287

Pré-visualização do livro

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COMITÊ CIENTÍFICO DA COLEÇÃO EDUCAÇÃO, TECNOLOGIAS E TRANSDISCIPLINARIDADE

AGRADECIMENTOS

Às nossas famílias, pelo apoio e incentivo. Às bachareis em Ciência e Tecnologia, Kelen Teixeira Daniel e Thais Chagas Ribeiro, que estão finalizando o Curso de Engenharia Química na UFSJ no Campus Alto Paraobeba, em Ouro Branco (MG), que participaram da redação e digitação dos capítulos 1 ao 7. Agradecimentos para Pedro Henrique Couto Corrêa e Jhaíny Ceolin Rocha Silva, pela co-autoria no Capítulo 8 deste livro, com o tema de Fluidodinâmica Computacional, que é um assunto com bibliografia escassa em língua portuguesa. À Editora Appris pelo apoio, incentivo para a confecção deste livro, presteza no atendimento e pela autoria da bela capa do livro. Ao aluno de mestrado do Curso de Engenharia Química, Arnaldo Oliveira, por ter iniciado a digitação da minha primeira apostila de Modelagem e Simulação de Processos Dinâmicos. Aos grandes mestres e professores que deram a base e sustentação para as ideias contidas neste livro, podendo citar alguns renomados professores da área de Modelagem, Simulação e Controle, como Dr. Ricardo Ustch e Dr. José Eduardo de Lima II, ambos da UFMG, que devido a capacidade de ensino souberam abrir caminhos e horizontes para seus alunos. Agradecimentos aos meus orientadores de Doutorado Dr. José Eduardo Mautone Barros (UFMG) e Mestrado Dr. Élcio Fábio Soares Pereira (UFMG).

Att., Dr. Juan Canellas Bosch Neto

Professor do curso de Engenharia Química do CAP/UFSJ

Engenheiro Químico/UFMG

Mestre em Engenharia Metalúrgica e de Minas/UFNG

Doutor em Engenharia Mecâmica- Área Calor e Fluidos/ Combustão/UFMG

APRESENTAÇÃO

Nota-se a escassa literatura para o ensino de modelagem e simulação, em termos de apoio didático para os cursos de graduação e pós-graduação, ainda mais quando se trata da resolução de sistemas equações diferenciais em softwares que em sua maioria são pagos e as escolas em geral tem dificuldades financeiras para adquirir suas licenças, o que pode impossibilitar as aulas práticas em laboratórios de Informática.

O livro Modelagem e simulação de processos dinâmicos aplicada às Engenharias Química, de Bioprocessos, Elétrica, Mecânica, de Controle, Aeroespacial e Fluidodinâmica Computacional tem vários exemplos e utiliza o software livre Octave que é compatível com o Scilab e Matlab, que pode operar em plataformas livres como o Linux ou pagas como o Windows e que poderá servir para aulas práticas em um laboratório de Informática.

O livro possui as simulações dos exemplos com figuras para cada sistema podendo ser utilizado por vários cursos de Engenharia, uma vez que aborda sistemas mecânico, elétrico, químico, bioprocessos, fluídico e térmico.

No oitavo capítulo tem-se uma abordagem para a Fluidodinâmica computacional com exemplos utilizando a versão livre para estudante do CFX da Ansys.

Neste livro foram abordados diversos aspectos teóricos básicos das áreas de Engenharia Química, Bioprocessos, Mecânica, Elétrica, Mecânica dos fluidos e Transferência de Calor, no entanto não é o escopo deste livro servir como base para fundamentação teórica em cursos de Engenharia e sim realizar as técnicas de modelagem e simulação de forma aplicada. A teoria básica apresentada nesta obra foi realizada para facilitar o entendimento dos equacionamentos realizados. Os alunos de graduação e pós-graduação devem procurar realizar uma fundamentação teórica aprofundada em livros específicos e reconhecidos da sua área. Para melhor compreensão deste livro é desejável que o leitor tenha realizado os cursos de equações diferenciais e algumas disciplinas específicas das áreas de Engenharia Química, Bioprocessos, Mecânica, Elétrica, Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor.

No final de cada capítulo são indicadas diversas videoaulas disponíveis no site .

O Apêndice do livro contém um guia de referência rápida para a utilização do software livre Octave.

Sumário

1

Conhecimentos Básicos

Juan C. Bosch Neto

Kelen Teixeira Daniel

Thaís Chagas Ribeiro

1.1 Introdução

1.2 Função de Transferência 

1.3 Equação Espaço de Estados

1.4 Referências bibliográficas

2

Sistemas TranslacionaiS

Juan C. Bosch Neto

Kelen Teixeira Daniel

Thaís Chagas Ribeiro

2.1 Introdução

2.2 Massa

2.3 Mola

2.4 Amortecedor

2.5 Exercícios Propostos

2.6 Referência bibliográfica

3

Sistema Elétrico

Juan C. Bosch Neto

Kelen Teixeira Daniel

Thaís Chagas Ribeiro

3.1 Introdução

3.2 Corrente

3.3 Tensão

3.4 Resistor

3.4.1 Lei de Ohm

3.4.2 Leis de Kirchhoff

3.5 Capacitores

3.6 Indutores

3.7 Referências bibliográficas

4

Sistema Térmico

Juan C. Bosch Neto

Kelen Teixeira Daniel

Thaís Chagas Ribeiro

4.1 Introdução

4.2 Condução

4.2.1 Condutividade Térmica

4.3 Convecção

4.4 Radiação

4.5 Referências bibliográficas

5

Sistema Fluídico

Juan C. Bosch Neto

Kelen Teixeira Daniel

Thaís Chagas Ribeiro

5.1 Introdução

5.2 Tanque

5.3 Modelagem por Equação Espaço de Estados

5.3.1 Tanque

5.3.2 Tubulações

5.3.3 Válvulas

5.4 Referências bibliográficas

6

Sistema Químico

Juan C. Bosch Neto

Kelen Teixeira Daniel

Thaís Chagas Ribeiro

6.1 Introdução

6.2 Velocidade de Reação

6.3 Conversão

6.4 Constante de Velocidade de Reação

6.5 CSTR

6.5.1 Balanço de Energia para um CSTR não