Mecanica De Fluidos

Cada uma das etapas seqüenciais de uma linha de produção industrial é uma operação unitária- sequência de operações físicas necessárias a viabilizar economia de um processo químico-; o conjunto de todas as etapas compõe um processo unitário. Tipos de operações unitárias:

Mecânica de Fluidos

O ramo da Física que estuda o comportamento de substâncias fluidas em condições de repouso ou de movimento é denominado de Mecânica dos Fluidos. Pode-se definir fluido- nome geral que é dado a líquidos e gases- como uma substância que se deforma continuamente, isto é, escoa, sob ação de uma força tangencial por menor que ele seja.

Líquidos: possuem uma interação intermolecular forte (pontes de van der Walls) e por isso eles tomam a forma do recipiente, porém restringindo-se a um volume finito.

Gases: possuem interação molecular fraca e por isso, além de tomarem a forma do recipiente, o preenchem completamente.

Os fluidos respeitam a conservação de massa, quantidade de movimento ou momentum linear e momentum angular, de energia, e de entropia. A conservação de quantidade de movimento é expressa pelas equações de Navier Stokes. Estas equações são deduzidas a partir de um balanço de forças/quantidade de movimento a um volume infinitesimal de fluido, também denominado de elemento representativo de volume.

Aplicações:

-Ação de fluidos sobre superfícies submersas. Ex.: barragens.

-Equilíbrio de corpos flutuantes. Ex.: embarcações.

-Ação do vento sobre construções civis.

-Estudos de lubrificação.

-Transporte de sólidos por via pneumática ou hidráulica. Ex.: elevadores

hidráulicos.

-Cálculo de instalações hidráulicas. Ex.: instalação de recalque.

-Cálculo de máquinas hidráulicas. Ex.: bombas e turbinas.

-Instalações de vapor. Ex.: caldeiras.

-Ação de fluidos sobre veículos (Aerodinâmica).

Propriedade dos Fluidos:

- Massa específica: a massa de um fluido em uma unidade de volume é denominada densidade absoluta, também conhecida como massa específica (kg/m3).

- Peso específico: é o peso da unidade de volume desse fluido (N/m3).

a) Para os líquidos

b) Para os gases

- Peso específico relativo:

Exemplo de valores de peso específico relativo para alguns fluidos:

Água = 1

Mercúrio = 13,6

Ar = 0,0012

- Volume específico:

Transferência de Calor

No estudo da transferência de calor na envolvente das edificações, os primeiros conceitos a definir são a temperatura e calor. Estes conceitos encontram-se estreitamente relacionados.

A temperatura está relacionada à quantidade de energia térmica ou calor num sistema. Na medida em que um sistema acumula calor, sua temperatura aumenta. Ao contrário, uma perda de calor provoca uma diminuição da temperatura do sistema. Na escala microscópica, este calor corresponde à agitação térmica de átomos e moléculas no sistema. Assim, uma elevação de temperatura corresponde a um aumento da velocidade de agitação térmica dos átomos. Mecanismos de transferência de calor:

-Condução: esta relacionada ao transporte de energia térmica (calor) em um meio sólido devido ao gradiente de temperatura. O estudo de transferência de calor por condução, é focado inicialmente a condições simplificadas, isto é, condução unidimensional em regime permanente em uma parede plana para a qual a distribuição de temperatura é linear. Conhecendo a distribuição de temperaturas no meio, a transferência de calor por condução ocorre de acordo com a Lei de Fourier.

-Convecção: o ocorre entre um fluído em movimento e uma superfície quando os dois se encontram a diferentes temperaturas. A transferência acontece tanto pelo movimento molecular aleatório quanto pelo movimento global do fluído. Ela pode ser natural (ou livre), mista ou forçada, dependendo das condições de escoamento do fluído.

O coeficiente de convecção é uma constante de proporcionalidade que resume as condições nas camadas mais próximas à superfície, considerando a geometria da superfície, a natureza do escoamento (laminar ou turbulento) e propriedades do fluído (densidade, viscosidade, condutividade térmica e calor específico).

-Radiação: fenômeno superficial em que o calor emitido de acordo com a temperatura superficial do material. O termo radiação é, geralmente aplicado para todas as espécies de fenômenos de ondas eletromagnéticas, mas, na transmissão de calor, são de interesse apenas os fenômenos que resultam da diferença de temperatura e podem transportar energia através de um meio transparente ou através do espaço. A energia transmitida desta maneira é chamada de Calor Radiante, e é transportada por ondas longas eletromagnéticas. Enquanto a transferência de calor por condução e convecção requer a presença de um meio material (sólido ou fluído), a radiação ocorre no vácuo, sem precisar de meio.

Agitação e Mistura

Agitação- movimento induzido de um material em forma determinada, geralmente circulatória, dentro de um recipiente. Pode-se agitar uma só substância homogênea.

Mistura- movimento aleatório de duas ou mais fases inicialmente separadas. A mistura de fluidos em vasos agitados é uma das mais importantes operações unitárias para indústrias químicas,