Resumo Fenomenos de Transporte 1

FENÔMENOS DE TRANSPORTE

INTRODUÇÃO

        “A maioria das operações industriais consiste de uma seqüência de transfor-mações físicas e químicas, e esta seqüência é denominada um processo”.   ( ... )

        “Os primeiros cursos de engenharia química eram baseados no estudo de tecnologia industrial e sofreram grandes alterações pela introdução do conceito de operações unitárias, decorrente da semelhança entre as mudanças físicas que são empregadas em industrias totalmente diversas. Por exemplo, reconheceu-se que a evaporação de um líquido de uma solução seguia os mesmos princípios, não importando se ocorria num processo de obtenção de açucar ou de produção de fertilizante. Assim, a evaporação tornou-se uma das primeiras operações unitárias reconhecidas como tal. Pode-se distinguir, sob a égide das operações unitárias, entre outros, os seguintes passos de um processo: escoamento de líquidos, trans-porte de calor, umedecimento, secagem, destilação, absorção gasosa, extração, moagem, cristalização, filtração e agitação”.

        “À medida em que as operações unitárias começaram a ser melhor compre-endidas, percebeu-se que elas não representavam entidades distintas. A filtração era, obviamente, um caso especial de escoamento de fluidos, a evaporação era uma forma de transporte de calor, extração e absorção gasosa envolviam trans-porte de calor, secagem e destilação foram reconhecidas como operações nas quais tanto transporte de calor quanto de massa eram importantes. As operações unitárias puderam, então, ser consideradas como casos especiais ou combinações dos transportes de calor, massa e de escoamento de fluidos. Estes são agru-pados pelos engenheiros sob a designação genérica de fenômenos de transporte, e são as bases das operações unitárias. Qualquer estudo fundamental das operações unitárias se torna, em última análise, um estudo destes fenômenos de transporte”. (Extraído de Bennett, C. O. e Myers, J. E., Fenômenos de Transporte, 1978, McGraw-Hill)

        “Historicamente o estudo dos fenômenos de transferência foi caracterizado por processos. O estudo de algum destes processos, que incluem a transferência de momento, calor, massa e eletricidade, foi restringido, infelizmente, a ramos específicos da Engenharia. Entretanto, diferentes fenômenos físicos podem quase sempre ser descritos por modelos matemáticos comuns. O presente texto se norteia por este fato ao tentar unificar o estudo da transferência de calor, de massa e de quantidade de movimento”. (Extraído de Sissom, L. E. e Pitts, D. R., Fenômenos de Transporte, 1979, Guanabara Dois)

UNIDADE I: ESTÁTICA DOS FLUIDOS

INTRODUÇÃO

        Conceito de Fluido. Um fluido é uma substância que, sob a ação de quaisquer esforços, sofre deformações. Mais tecnicamente pode-se dizer que um fluido é toda substância incapaz de suportar, sem se deformar, qualquer ação de forças de cisalhamento ou tangenciais.

        Os fluidos podem ser classificados em relação à compressibilidade. Neste caso, os fluidos compreendem duas grandes classes: líquidos e gases. Um líquido é praticamente incompressível com um volume definido que toma a forma do recipiente no qual ele está contido e apresenta uma superfície livre. Um gás é muito compressível expandindo-se indefinidamente caso não haja esforços externos que o detenha (por exemplo, um recipiente qualquer que envolva completamente o gás).

        Conceito de Contínuo. A Mecânica dos Fluidos, para suas aplicações em ciência e tecnologia, não está interessada nos aspectos moleculares da matéria mas sim nos aspectos macroscópicos representados por variáveis mensuráveis, direta ou indiretamente relacionadas com a experiência. O Contínuo consiste em uma hipótese que toma o corpo físico como uma distribuição contínua de matéria.

.        Esta hipótese traz a seguinte conseqüência: as propriedades macros-cópicas tem um valor definido em cada ponto do espaço.

        A hipótese do contínuo perde o seu valor descritivo em situações de baixa densidade, baixas temperaturas e altas energias nas quais os aspectos micros-cópicos da matéria passam a ter preponderância.

        O Escopo da Mecânica de Fluidos. A Mecânica de Fluidos estuda, sob a hipótese do contínuo e dos princípios da Mecânica e da Termodinâmica, o comportamento dos fluidos. O estudo dos fluidos em equilíbrio é chamado de Estática dos Fluidos e dos fluidos em movimento de Dinâmica dos Fluidos. A Hidrodinâmica é a parte da Dinâmica dos Fluidos que estuda principalmente os líquidos. Estes, em geral, são incompressíveis mas existem casos de escoamento analisados pela hidrodinâmica que envolvem fluidos compressíveis. A Aerodinâmica é a parte da Dinâmica dos Fluidos que estuda os escoamentos compressíveis e, portanto, sobretudo os gases.

1. ALGUMAS PROPRIEDADES BÁSICAS EM MECÂNICA DOS FLUIDOS

        a. Massa Específica(ρ). É a razão da massa (m) de uma substância por unidade de volume (V):

ρ = m/V .

        Para a água: ρ = 1g/cm3.

        b. Peso Específico(W). É a razão do peso (P) de uma substância por unidade de volume:

W = P/V = ρg ,

onde P = mg (g = aceleração da gravidade). Para a água temos:

W = 1 gf/cm3 = 103 kgf/m3 = 9,8 . 103 N/m3 = 62,4 lb/ft3 .

        c. Densidade (d). É a razão entre a massa específica de uma substância e a massa específica de uma outra substância tomada como padrão: