Corroborando a máxima de que uma imagem vale mais que mil palavras, a coluna 'Ver para Crer' BEQ tem por objetivo divulgar conteúdos multimédia cativantes que possam elucidar dos diferentes fenómenos e contextos em que a engenharia química tenha uma palavra a dizer, seja de forma direta ou meramente simbólica.
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Corroborando a máxima de que uma imagem vale mais que mil palavras, a coluna 'Ver para Crer' BEQ tem por objetivo divulgar conteúdos multimédia cativantes que possam elucidar dos diferentes fenómenos e contextos em que a engenharia química tenha uma palavra a dizer, seja de forma direta ou meramente simbólica.
Um pelotão de ciclismo consiste num grupo de ciclistas que circulam juntos para reduzir o arrasto aerodinâmico e com isso o gasto individual de energia. Estudos prévios em pequenos grupos de ciclistas de desenho em linha mostraram reduções de até 70 a 50% do arrasto de um ciclista isolado na mesma velocidade e esses valores também foram usados para pelotões. No entanto, dentro de um pelotão bem compactado com várias filas de ciclistas a fornecer abrigo, maiores reduções de arrasto podem ser esperadas.
(...) A força de arrasto calculada para um ciclista isolado à mesma velocidade (15m / s) é 40,33 N. Para todas as subconfigurações, o ciclista líder tem o maior arrasto, que é 96 % ou 98 % do piloto isolado. Na subconfiguração 1, os dois pilotos na segunda linha têm um arrasto de cerca de 70 a 75% do do corredor isolado. Cada um deles tem um arrasto diferente, devido à assimetria dos ciclistas (uma perna está na frente da outra). O ciclita à direita é protegido pelos três pilotos principais e experimenta o menor arrasto, que é 43 % do piloto isolado. Para a subconfiguração 2, o segundo e o terceiro elemento têm um arrasto de 60 % e 52 % do ciclista isolado, respectivamente. Finalmente, para a subconfiguração 3, os pilotos à direita têm um arrasto decrescente monótono, até 46 % do do corredor isolado para o quarto da linha.
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B. Blocken, T.v. Druenen, Y. Toparlar, F. Malizia, P. Mannion, T. Andrianne, T. Marchal, G.-J.
Maas, J. Diepens, Aerodynamic drag in cycling pelotons: New insights by CFD simulation and wind tunnel testing, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 179 (2018) 319-337,
Arrasto (Drag) em Alta Velocidade
A equação de arrasto calcula a força experimentada por um
objeto que se move através de um fluido em velocidade relativamente alta (ou
seja, elevado número de Reynolds, Re > 1000), também chamado de arrasto quadrático. A equação é atribuída a
Lord Rayleigh (…).
A força de arrasto (FD) num objeto em movimento
devido a um fluido é:
onde ρ é a densidade do fluido, v é a velocidade do objeto em relação ao fluido, A é a área de referência, CD é
o coeficiente de arrasto (um parâmetro adimensional, por exemplo, 0.25-0.45
para um carro), e ṽ é o vetor unitário
indicando a direção da velocidade, e onde sinal negativo indica que o arrasto é
oposto ao da velocidade).
A área de referência A é geralmente definida como a área da
projeção ortogonal do objeto em um plano perpendicular à direção do movimento
(por exemplo, para objetos com uma forma simples, como uma esfera, essa é a
área da seção transversal).
_________________
Fonte: R.T. Patil, D.M. Kadam, Hot Air Drying Design: Fluidized Bed Drying, Handbook of Food Process Design , John Wiley & Sons, 2012
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« O conceito de explosão não é inequívoco. As enciclopédias fornecem definições variadas que se enquadram principalmente em duas categorias:
- O primeiro concentra-se no ruído ou "estrondo" devido à libertação repentina de uma forte onda de pressão ou onda de choque. A origem dessa onda de pressão, seja por via de energia química ou mecânica, é uma preocupação secundária. Esta definição de explosão está de acordo com o significado básico da palavra ("explosão súbita").
- A segunda categoria de definições limita-se a explosões causadas pela libertação súbita de energia química. Isto inclui explosões de gases e poeiras e explosões sólidas. A ênfase é, neste caso, colocada na libertação de energia química em si.
Fonte: Rolf K. Eckhoff, Dust Explosions in the Process Industries: Identification, Assessment and Control of Dust Hazards, Elsevier, 2003
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- A explosividade de poeiras
« O fenómeno conhecido por "explosão de poeiras" [dust explosion] é, de facto, bastante simples e fácil de conceber em termos de experiência de vida diária. Qualquer material sólido que possa queimar no ar fará isso com uma violência e velocidade que aumenta com o aumento do grau de subdivisão do material. [Vamos considerar] um pedaço de madeira: uma vez aceso, vagarosamente liberta o seu calor durante um longo período de tempo. Quando cortado em pequenos pedaços, a taxa de combustão aumenta, porque a área total da superfície de contato entre a madeira e o ar aumentou. Além disso, a ignição da madeira tornou-se mais fácil. Se a subdivisão for continuada até o nível de pequenas partículas de tamanhos da ordem de 0,1 mm ou menos, e as partículas forem suspensas num volume suficientemente grande de ar para dar a cada partícula espaço suficiente para sua queima irrestrita, a taxa de combustão é muito rápida e a energia necessária para a ignição é muito pequena.
Essa nuvem de poeiras queimando é uma "explosão de poeira". (...) Se tal combustão explosiva tiver lugar dentro de um equipamento de processo ou de salas de trabalho, a pressão no espaço de explosão total ou parcialmente fechado pode aumentar rapidamente, e o equipamento de processo ou edifício pode explodir. Nesta situação vidas e bens/propriedade podem ser perdidos. »
Essa nuvem de poeiras queimando é uma "explosão de poeira". (...) Se tal combustão explosiva tiver lugar dentro de um equipamento de processo ou de salas de trabalho, a pressão no espaço de explosão total ou parcialmente fechado pode aumentar rapidamente, e o equipamento de processo ou edifício pode explodir. Nesta situação vidas e bens/propriedade podem ser perdidos. »
Fonte: Rolf K. Eckhoff, Dust Explosions in the Process Industries: Identification, Assessment and Control of Dust Hazards, Elsevier, 2003
Exemplo de ocorrência 1:
Exemplo de ocorrência 2:
Sloshing diz respeito a qualquer movimento de uma superfície líquida livre dentro de um recipiente. É causada por perturbações em recipientes parcialmente preenchidos com líquidos. Dependendo do tipo de perturbação e da forma do recipiente, a superfície líquida livre pode evidenciar diferentes tipos de movimento, incluindo movimento simples planar, não planar, rotacional, irregular, simétrico, assimétrico, quase periódico e caótico. Ao interagir com seu recipiente elástico, ou sua estrutura de suporte, a superfície líquida livre pode exibir tipos fascinantes de movimento na forma de troca de energia entre os modos de interação. (...) O problema básico do sloshing de líquidos envolve a estimativa da distribuição da pressão hidrodinâmica, forças, momentos e frequências naturais da superfície do líquido livre. Esses parâmetros têm um efeito direto sobre a estabilidade dinâmica e o desempenho de containers móveis.
(...) Engenheiros civis e sismólogos têm vindo a estudar os efeitos do sloshing de líquidos nas grandes barragens, tanques de petróleo e torres de água elevadas, sujeitos a movimentos do solo. Eles também têm montado tanques de líquido nos telhados de edifícios de vários andares como um meio de controlar as oscilações dos mesmos durante terremotos.
Desde o início da década de 1960, o problema da dinâmica de sloshing líquidos tem também sido uma grande preocupação para os engenheiros aeroespaciais que estudam a influência do combustível líquido sobre o desempenho de vôo dos veículos a jato, e novas áreas de atividades de pesquisa surgiram.
(...) A estabilidade dinâmica dos navios contendo gás natural liquefeito e de navios-tanque em geral são também eles problemas de interesse para os projetistas de tais sistemas. Em cidades populosas, os veículos de transporte de gasolina e outros líquidos inflamáveis são propensos a acidentes de capotamento ao entrar e sair das auto-estradas devido ao sloshing.
Em geral (...) o sloshing de líquidos consiste num problema matemático difícil de resolver analiticamente, uma vez que a condição de fronteira dinâmica na superfície livre é não linear e a posição da superfície livre varia com o tempo de uma maneira não conhecida a priori.
Fonte: Raouf A. Ibrahim, Liquid Sloshing Dynamics: Theory and Applications, Cambridge University Press, 2005
A refrigeração como forma de preservar alimentos remonta aos tempos pré-históricos. Na época, as pessoas usavam neve e gelo para armazenar produtos de caça. O congelamento lento era arriscado. Só no século 20 é que a comercialização de alimentos congelados começou, por vida da descoberta de um método de congelamento rápido.
A congelação e a ultracongelação são os dois métodos atualmente em voga para o estabelecimento de temperaturas negativas que promovam a preservação de alimentos. Qual a diferença entre essas duas técnicas?
- Congelação
O congelamento é uma técnica que envolve uma diminuição lenta (até 24 horas) de temperatura. A água contida em produtos é transformada em grandes cristais de gelo. Esta técnica é usada por particulares que mantêm seus alimentos armazenados no congelador.
Em termos de desvantagens, as extremidades dos cristais podem acabar perfurando a parede celular do alimento. A desorganização dos tecidos estruturais pode levar a reações enzimáticas e não enzimáticas que alteram a textura e os sabores dos produtos alimentares. Por fim, a humidade do alimento e os aromas mais voláteis podem desaparecer por evaporação, deixando os alimentos secos e menos ricos.
Fonte: Hengel
Fonte: Hengel
- A ultracongelação
Fonte: Hengel
Para terminar, vale a pena cruzar esta publicação com a seguinte: "Sobre a liofilização: definição, história e aplicações", já que a liofilização é uma tecnologia de congelação em que a pressão é reduzida a ponto de se criar um vácuo, o que permite sublimar a humidade das amostras.
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Para terminar, vale a pena cruzar esta publicação com a seguinte: "Sobre a liofilização: definição, história e aplicações", já que a liofilização é uma tecnologia de congelação em que a pressão é reduzida a ponto de se criar um vácuo, o que permite sublimar a humidade das amostras.
Fluidos e a mecânica que lhes subjaz são assuntos complexos de se estudar mas fascinantes de se explorar experimentalmente.Vário são os casos de mecânica de fluidos já abordados aqui no BEQ.
Nesta publicação dá-se conta de mais um fenómeno interessante que a água é capaz de produzir. Ao fazer incidir um jato vertical numa superfície circular, a água dispersa-se horizontalmente. Se as velocidades de escoamento forem suficientemente elevadas, observa-se uma folha circular, cujo raio compreende um equilíbrio entre forças de inércia e de curvatura. A baixas velocidades, a dispersão decai de modo significativo, a ponto de criar um efeitos tridimensional na forma de esfera, eventualmente ovalada (ver figura acima).
Porém, mexendo na viscosidade de água e em parâmetros de escoamento, é possível originar outras formas geométricas bidimensionais, como são os polígonos, ou tridimensionais como os poliedros. Trata-se de uma matéria que tem vindo a ser estudada pelo menos desde 2001, e que cativa pelo seu belo impacto visual.
Fonte: MIT Mathematics
Um gerador de ultra-som é um dipositivo que transforma corrente alternada num sinal de 20KHz que coloca em funcionamento um conversor/trandutor piezoelétrico.
Este sinal elétrico é convertido pelo transdutor numa vibração mecânica devido às características dos cristais pieozoelétricos.
Esta vibração é amplificada e transmitida ao longo de uma sonda cuja ponta expande e contrai. A distância percorrida pela ponta depende da amplitude selecionada pelo utilizador.
Quando aplicadas num líquido, a rápida vibração da ponta da sonda causa cavitação, a formação e colapso violento de bolhas microscópicas, havendo libertação de energia.
O diâmetro da ponta da sonda determina a quantidade de amostra que pode ser processada. Quanto mais pequena for a ponta da sonda mais concentrada é a área de aplicação da vibração.
Fonte: QSonica
APLICAÇÕES
- Biotecnologia: A técnica de ultra-som é considerada ideal para provocar lise em bactérias, leveduras e células de tecidos com vista à extração de proteínas, DNA, RNA e componentes celulares.
- Indústria Farmacêutica: A rutura de células é comum nos laboratórios de análise e controlo de qualidade. Neste tipo de laboratórios é comum recorrer-se ao ultra-som para efectuar desgasificações e mistura de amostras, assim como para partir comprimidos em testes de dissolução. A geração de lipossomas e emulsões beneficia também das potencialidade do ultra-som, para fins de microencapsulamento na produção de cremes e loções.
- Indústria Química: O ultra-som acelera reações físicas e químicas, criando novos campos de investigação. Os maiores avanços em química usando ultra-som (sonochemistry) inclui a síntese química de catalisadores e ligas, a catálise de reações organometálicas, o microencapsulamento de proteínas e a hidrólise de esteres. Verifica-se que uso de ultra-som conduz a aumentos de rendimento, aumentos de eficiência e poupança de energia.
- Ambiente: O ultra-som é usado em laboratórios de análise para processar amostras de solo e sedimentos em substituição da extração Soxhlet. O ultra-som realize em 8-10 min aquilo que a extração Soxhlet consegue em 4-18h, usando menos solvente e aumento os rendimentos.
Fonte: QSonica
ULTRA-SOM EM FUNCIONAMENTO
O conceito de gravidade está tão fundido com a própria noção que temos da natureza (das coisas) que na maioria das muitas vezes poderemos não estar perfeitamente conscientes da influência da gravidade nos fenómenos do cotidiano.
Por este motivo, o vídeo que abaixo de se partilha, da autoria do astronauta da Canadian Space Agency, Chris Hadfield, ajuda a desvendar um pouco este tema.
Hadfield realiza uma experiência solicitada por alunos do 10º ano de uma escola secundária canadiana, no seguimento destes terem ganho uma competição de científica lançada pela Canadian Space Agency.
A proposta dos alunos consistiu em realizar um experiência para perceber o que acontece à tensão superficial no espaço, através do encharcamento de um pano absorvente de água.
Vale a pena ver e pensar no assunto!
Por este motivo, o vídeo que abaixo de se partilha, da autoria do astronauta da Canadian Space Agency, Chris Hadfield, ajuda a desvendar um pouco este tema.
Hadfield realiza uma experiência solicitada por alunos do 10º ano de uma escola secundária canadiana, no seguimento destes terem ganho uma competição de científica lançada pela Canadian Space Agency.
A proposta dos alunos consistiu em realizar um experiência para perceber o que acontece à tensão superficial no espaço, através do encharcamento de um pano absorvente de água.
Vale a pena ver e pensar no assunto!
O efeito Mpemba é um fenómeno físico-químico paradoxal e ainda sem explicação, que se caracteriza pela constatação de que uma porção de água quente (morna) congela mais rapidamente do essa mesma quantidade de água a uma temperatura inferior.
Por não ter explicação, a Royal Society of Chesmistry lançou um desafio no sentido de premiar financeiramente propostas criativas e originais que ajudem a interpretar e justificar o efeito Mpemba.
Áreas como as da produção de gelados ou serviços de bar e bebidas não só convivem como tiram partido do efeito Mpemba no âmbito das suas actividades sem que contudo percebam ou consigam explicar os motivos que fundamentam esta verificação prática.
Ao que parece não é por falta de estudo e atenção que a questão ainda não foi resolvida, não existissem relatos de que já na Grécia antiga, há milénios, portanto, Aristóteles refletisse sobre este tema. Também Descartes, algures nos séc. XVI e XVII, o tiverem em consideração.
Fonte: The Telegraph
Sucedem-se na internet experiências e referências ao efeito Mpemba. Partilho abaixo um vídeo sobre o tema.
"No âmbito das comemorações do Ano Internacional da Química (AIQ), a Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro e o Departamento de Química da Universidade de Aveiro promovem o concurso de fotografia científica «Química em flash». A receção de trabalhos decorre de 10 de novembro de 2011 a 31 de janeiro de 2012, sendo o concurso destinado a público adulto e a estudantes de todos os níveis de ensino.
Este concurso tem por objetivo a produção de fotografias que apresentem um fenómeno químico de forma artística, ou reflitam a importância da química em todos os aspetos da nossa vida, no espírito do lema do AIQ 2011 «Química, nossa vida, nosso futuro». As fotografias a concurso serão selecionadas para exibição na Universidade de Aveiro e na Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro, em exposição a realizar em março de 2012.
O «Química em flash» destina-se a público adulto e a estudantes de todos os níveis de ensino, sendo premiados os três melhores trabalhos de cada categoria. No conjunto dos prémios a entregar contam-se um computador portátil Netbook; uma câmara fotográfica; um telemóvel com máquina fotográfica ou a participação na edição de 2012 da Academia de Verão da UA.
As fotografias a concurso e ficha de inscrição, datada e assinada, com a aceitação de todas as condições do regulamento, devem ser enviadas por correio, até ao dia 31 de janeiro de 2012, para a Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro, ou entregues pessoalmente na Fundação João Jacinto de Magalhães. "
Para preencher a ficha de inscrição e o regulamento do concurso visite a fonte desta notícia.
Fonte: Universidade de Aveiro
A American Chemical Society publicou um vídeo sobre o Champagne que divulga algumas informações interessantes sobre esta bebida.
Eis algumas das informações transmitidas no vídeo:
Eis algumas das informações transmitidas no vídeo:
- O motivo pelo qual o champagne é uma bebida gaseificada deve-se ao facto de sofrer uma 2ª fermentação depois de engarrafado, da qual resulta etanol e dióxido de carbono;
- Do ponto de vista químico, o Champagne obedece à Lei de Henry, o qual relaciona a concentração de um gás numa solução com a pressão desse gás fora da mesma;
- Numa garraga de champagne fechada, o dióxido de carbono dissolvido na bebida está em equilíbrio com o volume de ar entre a superfície do líquido e a rolha;
- Ao abrir a garrafa, o sistema entra em desiquilíbrio pois a solubilidade do dióxido de carbono na bebida baixa, dando lugar ao borbulhar;
- O champagne pode conter 600 compostos químicos diferentes, muitos dos quais lhe conferem sabor e aroma;
- Servir o champagne num copo inclinado pode preservar o dobro do dióxido de carbono na bebida relativamente a servi-lo para um copo na vertical.
Nota: para ver o vídeo com legendas em português, clique em play, e depois clique na seta no canto inferior direito e active as legendas na opção “CC”
A superhidrofobicidade, também conhecida por efeito Lotus, deve a sua descoberta ao botânico alemão Wilhelm Barthlott, no ano de 1996.~
Ao estudar a superfície das folhas de lótus, Barthlott constatou que a esta era rugosa ao invés de suave. As gotas de água que caíam na superfície deslizavam por ela abaixo instantaneamente.
Em termos científicos, o conhecimento deste fenómeno é anterior a 1996, visto que em 1986, Sacher et al noticiaram a obtenção de pequenos filmes repelentes de água em plasma de elevada energia.
Sabe-se que a superhidrofobicidade requer a coexistência de duas condições: uma superfície hidrofóbica e estruturas rugosas. O fenómeno é comum na Natureza, sendo encontrado em folhas de plantas e em alguns insectos.
No que diz respeito a aplicações comerciais, a superhidrofobicidade é atractiva no âmbito da indústria têxtil, já que a impermeabilização de tecidos é uma funcionalidade interessante quer para a protecção contra a chuva como também para proteger os tecidos contra as manchas.
A este respeito, partilho convosco um video que exemplifica as vantagens da superhidrofobicidade aplicada a materiais têxteis.
Um grupo de físicos da Universidade da Pensilvânia descobriu que a alteração da forma das partículas suspensas num líquido podem anular o efeito conhecido como "Efeito Anel de Café" (coffee-ring effect).
Este fenómeno caracteriza-se pelo acumular de partículas suspensas nos limites de uma gota de um líquido que está a evaporar. No caso do café este efeito é reponsável pelo facto de as manchas de café terem uma distintiva borda mais escura. Trata-se como tal de um fenómeno que dificulta a formulação de tintas e revestimentos.
Ao que parece, o problema ocorre porque a maior parte das partículas suspensas têm a forma esférica. Quando uma gota de líquido está a evaporar, o fluido desloca-se do centro da gota para as fronteiras, arrastando consigo as partículas esféricas nele suspensas. Os físicos da Universidade da Pensilvânia descobriram que este arrastamento não é verificado no caso das partículas elípticas.
Porém, isto não significa que seja necessário mudar a forma de todas as partículas do formato esférico para o elíptico. Os mesmo investigadores descobriram que a adição de uma pequena quantidade de partículas elípticas pode ser suficiente para anular o efeito coffee-ring numa suspensão.
Fonte: C&En
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