PRINCÍPIOS DE TRANSFERÊNCIA MASSA

INTRODUÇÃO

Quando há um desequilíbrio de uma substancia no meio, a natureza tende a retribui-la ate o equilíbrio e igualdade. Essa tendência é muitas vezes subjacente a muitos fenômenos de transporte que ocorre naturalmente.

Se definirmos a quantidade da substancia por unidade de volume como concentração dessa substância podemos dizer que o fluxo da mesma ocorre sempre na direção da concentração, isto é, a partir da região de alta concentração para a região de baixa concentração. A substância simplesmente se espalha durante a redistribuição, portanto o fluxo é um processo de difusão.

As moléculas na mistura de gases colidem continuamente uma nas outras e o processo de difusão é fortemente influenciado por este processo de colisão. A colisão de moléculas do mesmo tipo tem pouca consequência, uma vez que ambas as moléculas são idênticas e não faz diferença qual molécula atravessa certo plano. As colisões de moléculas de outros tipos, contudo, influenciam a taxa de difusão.

Moléculas diferentes podem tem diferentes massas e quantidades de movimento e assim o processo de difusão é dominado por moléculas mais pesadas. Os coeficientes de difusão dos gases dependem fortemente da temperatura, já que a é uma medida de velocidade média das moléculas do gás. Por isso, as taxas de difusão são mais elevadas para altas temperaturas.Veremos que a constante de proporcionalidade é o coeficiente de difusão do meio logo ele indicara a rapidez com que a substancia é difundida no meio

A transferência de massa também pode ocorrer em líquidos e em sólidos. Sendo que outro fator que influencia o processo de difusão é o espaçamento molecular, quanto maior o espaçamento maior é a taxa de difusão. Por isso, as taxas de difusão costumam serem muito mais elevadas nos gases do que nos líquidos e nos sólidos.

Muitas ocorrências do dia-a-dia envolvem transferência de massa: processo de solubilização de açúcar no chá, favorecido pela agitação de uma colher, solubilização de sal em água, preparação de um chá por infusão, evaporação de água na superfície de uma piscina e transporte através do ar envolvente, solubilização de oxigênio em água num aquário para consumo dos peixes, transferência de reagentes para a superfície de um catalisador, onde ocorre uma reação.

Dessa forma, tendo como principal objetivo desse trabalho compreender e visualizarmos a aplicação do conteúdo estudado na área de Engenharia Civil apresentamos a fundamentação teórica, exercícios resolvidos e nossas conclusões sobre Transferência de massa.

PRINCÍPIOS DA TRANSFERÊNCIA DE MASSA

Existem três processos de transporte fundamentais: transferência de movimento, transferência de calor e transferência de massa. O processo fundamental da transferência de movimento ocorre em tais operações unitárias como o fluxo de fluido, mistura, sedimentação e filtração. A transferência de calor ocorre na transferência convectiva e condutiva de calor, evaporação, destilação e secagem.

Já a transferência de massa, ocorre os processos de destilação, de absorção, de secagem, de extração líquido-líquido, adsorção, e de membrana. Quando a massa está sendo transferida de uma fase distinta para outra ou através de uma única fase, os mecanismos básicos são os mesmos se a fase é um gás, líquido ou sólido. Isto foi mostrado na transferência de calor, em que a transferência de calor por condução seguiu a lei de Fourier, em um gás, sólido, ou líquido.

2.1 ANALOGIAS ENTRE TRANSFERÊNCIA DE CALOR E DE MASSA

Os mecanismos de transferência de calor e de massa são análogos, e podemos compreender a transferência de massa em um curto espaço de tempo, com pouco esforço, simplesmente fazendo paralelos entre transferência de calor e de massa. Podemos usar o nosso conhecimento de transferência de calor para resolver os problemas de transferência de massa. A massa é, em essência, energia, já que massa onde c é a velocidade da luz. Então, podemos olhar para a massa e o calor como duas formas diferentes de energia e explorar essa vantagem.

2.1.1 Temperatura

A força motriz para a transferência de calor é a diferença de temperatura. Em contrapartida, a força motriz para a transferência de massa éa diferença de concentração. A temperatura como uma medida da “concentração de calor” e, portanto uma região de alta temperatura como aquela que tem alta concentração de calor. Assim, calor e massa são transferidos das regiões mais concentradas paramenos concentradas. Se não há diferença de temperatura entre duas regiões, então não há transferência de calor. Da mesma forma, se não há diferença de concentração da espécie entre as diferentes partes do meio, não haverá transferência de massa.

2.1.2Condução

O calor é transferido por condução, convecção e radiação. A massa, porém, é transferida apenas por condução (chamada difusão) e convecção, não havendo uma “radiação de massa”. A taxa de condução de calor em uma direção x é proporcional ao gradiente de temperatura dT/dx nessa direção, expressa pela lei de Fourier da condução de calor como :

Q_cond= -kA dT/dx

Onde k é a condutividade térmica do meio e A é a área normal a direção da transferência de calor. Da mesma forma, a taxa de difusão de massa m_dif da espécie química A no meio estacionário na direção x é proporcional ao gradiente de concentraçãodC/dx nessa direção e é expressa pela lei de Fick da difusão:

m_dif= -D_AB A 〖dC〗_A/dx

Onde D_AB é o coeficiente de difusão (ou difusividade de massa) da espécie na mistura e C_A é a concentração da espécie na mistura nesse local.

Pode ser demonstrado que as equações diferenciais para condução de calor e difuão de massa são da mesma forma. Portanto, as soluções das equações da difusão de massa podem ser obtidas nas soluções das equações da condução de calor correspondentes para o mesmo tipo de condições de contorno por meio da simples mudanças dos coeficientes e das variáveis correspondentes.

2.1.3Geração de calor

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