Fenomenos de transportes, transferencia de massa

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS

PUC GO – ENGENHARIA CIVIL

Alunos:

ENG 4281 – Turma B01

AED

Fenômenos de Transportes

Goiânia

03 /12 /2015

Introdução

O tema proposto acerca de transferência de massa e medidores de vazão e velocidade é um assunto longo e extenso, vista tamanha importância no estudo científico dos fenômenos do transporte. Neste trabalho, os alunos, através de pesquisas e experiências feitas no decorrer do curso de fenômenos de transporte, explicam o que é a transferência de massa e por que foi tão importante o seu estudo para a melhor compreensão do escoamento de fluidos num sistema. Também é colocado em pauta, o funcionamento dos medidores de pressão e velocidade: Tubo de Pitot; Tubo de Prandtl; Tubo de diafragma;

Tubo de Venturi; Placa de orifício.

Desenvolvimento

Transferência de Massa

O transporte de um componente de uma região de alta concentração para outra de menor concentração, submetidos a uma tendência natural da massa ser transferida, de modo a minimizar as diferenças de concentração num sistema. A remoção de poluentes a partir de uma corrente de descarga por absorção, ‘Stripping’ de gases por lavagem de água, difusão de nêutron em um reator nuclear, a difusão de substâncias adsorventes dentro de poros de carbono ativado e a taxa de catalise química e reações biológicas são alguns exemplos de transferência de massa.

        São dois os tipos de transferência de massa: por condução (transferência de massa molecular); por convecção (transferência de massa convectiva). Esse mecanismo depende da dinâmica da mistura na qual ocorre. Basicamente, a tranferência de massa molecular é aquela que ocorre um movimento randômico das partículas e componentes de um fluido em repouso, e a tranferência convectiva é a que ocorre na superfície de um fluido em movimento, sendo esta segunda, largamente usada no estudo de fenômenos de transporte, e a primeira no estudo aprofundado dos mecanismos de tranferência de massa na mesma disciplina.

        O movimento do fluido causado pela diferença de densidade, é conseqüência da diferença de concentração ou temperatura é a convecção natural. A equação da taxa de transferência de massa convectiva, generalizada de uma maneira análoga a lei de resfriamento de Newton é:

[pic 1]

Onde,

[pic 2] = Transferência de massa molar

[pic 3] = diferença entre a concentração da superfície e a concentração média da corrente de fluido da espécie A se difundindo

[pic 4] = coeficiente de transferência de massa convectivo

Medidores de Vazão /Velocidade

Tubo de Pitot

O tubo de Pitot é um dispositivo que mede ao mesmo tempo a pressão estática p e a pressão de estagnação p0, de forma a permitir o cálculo da velocidade do fluxo. Ele combina duas sondas, como mostra o diagrama abaixo. A pressão de estagnação é medida no ponto 2 (na ilustração, por meio da elevação de uma coluna de água). A pressão estática é medida por meio de furos na superfície exterior do tubo (não mostrados no diagrama). Assume-se que a pressão estática p não varie ao longo do instrumento. Os pontos 1 e 2 devem ficar distantes o suficiente para que o tubo não perturbe demais o fluxo. É importante lembrar que as linhas de corrente precisam ser linhas retas para que não haja alterações em p ao longo do fluxo.

[pic 5]

A partir da equação de Bernoulli, podemos escrever

[pic 6]

Fazendo z = z0 e v0 = 0,

[pic 7]

p0 é a pressão nos pontos onde a velocidade do fluido é nula. Essa pressão é chamada de pressão de estagnação do fluxo. O termo [pic 8]é chamado de pressão dinâmica do fluxo. A pressão termodinâmica (p) é também chamada de pressão estática nesse caso.

Para ilustração dos conceitos, suponhamos que uma pessoa coloca a palma da mão contra o vento, p, a pressão estática, equivale à pressão atmosférica; a pressão no centro da palma é a pressão de estagnação [pic 9]nesse caso. A pressão sentida pela pessoa na palma da mão é a pressão dinâmica, pois nas costas da mão atua a pressão atmosférica em sentido contrário (- p).

A velocidade do fluxo pode ser obtida a partir das pressões

[pic 10]

Tubo de Prandtl

O tubo de Prandtl é uma variante do tubo de pitot onde as saídas de pressão estática são realizadas diretamente sobre o instrumento em vez de fazer outra pressão de saída no tubo, como mostrado na figura.

[pic 11]

De fato, o tubo de Prandtl é o instrumento que é comumente usado para medir a velocidade de um fluido, sendo o tubo de pitot utilizado principalmente para medir a pressão de estagnação. Mas, na prática, ela é muitas vezes chamado a este instrumento tubo de Pitot, sendo o nome do tubo de Prandtl bem menos conhecidos.

Construção padrão é o ponto mais importante a ter em conta é a distância onde tomadas pela pressão estática, a qual deverá ser situadas a uma distância suficiente que o fluxo não é perturbado pelo contato com a ponta do tubo. Pelas mesmas razões, a distância onde você deve localizar o tubo que sai perpendicular à linha também deve respeitar uma certa distância entre as medições de pressão.

As outras dimensões e formas são apenas recomendações que podem ou não podem ser tidas em conta para a construção. Na verdade, existem vários caminhos possíveis para esses instrumentos onde a variação principal está no formato da ponta para o efeito em menor grau, a direção do fluxo, e assim obter uma medida da pressão estática mais precisamente. A precisão desses instrumentos é pequeno e da ordem de 1,5 a 4 %.