TRANSPORTE DE MASSA: CONCEITOS E APLICAÇÕES

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ

Afonso Evaristo Leal

Giulia Bezerra Albano Matos

Ítallo Esrom Vieira Alves

Marcos Guerra Brito

Mirela Cristine Oliveira Sousa

TRANSPORTE DE MASSA: CONCEITOS E APLICAÇÕES

                                                TERESINA/PI

                                                                   2018

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                                  SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.....................................................................................................2

2. TRANSFERÊNCIA DE MASSA POR DIFUSÃO.........................................................3

    2.1. CONCEITOS DE DIFUSÃO....................................................................................3

    2.2. DIFUSÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO................................................................3

    2.3. DIFUSÃO EM ESTADO NÃO ESTACIONÁRIO........................................................4

3. FUNDAMENTOS DA CONVECÇÃO ............................................................................4

4. APLICAÇÕES.........................................................................................................5

5.CONCLUSÃO .........................................................................................................5

6.REFERÊNCIAS ........................................................................................................6

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1. Introdução

        Transferência ou transporte de massa pode ser entendido como a movimentação de matéria no meio em que a mesma se encontra. Pode ser analisado também como o trânsito de matéria em um sistema composto por várias matérias.

        Há duas formas básicas de obter transferência de massa, sendo elas: difusão molecular e convecção.

        De modo geral, o transporte de massa associa-se ao transporte de calor. No caso do calor, ele é transferido de uma região de temperatura mais elevada para outra de temperatura mais baixa. Fazemos assim uma relação entre temperatura e concentração, pois, no caso do transporte de massa, temos, em geral, a passagem da matéria de uma região mais concentrada para uma região menos concentrada. Tal fenômeno está diretamente relacionado à difusão molecular. Já a convecção está associada às condições de escoamento presentes no sistema.

        Diferente do transporte de calor, onde mais de uma forma de transferência podem ocorrer simultaneamente e com mesma intensidade, na transferência de massa pode haver o domínio quantitativo de um dos métodos anteriormente citados.

        Para que haja o transporte de matéria, faz-se necessário a influência de dois fatores: força motriz e resistência ao transporte (sendo essa relacionada com a interação entre o soluto e o meio e a interação soluto-meio + ação externa). A diferença entre as concentrações é um exemplo de força motriz.

        Fazendo relação com a química básica, podemos extrair alguns conceitos da transferência de massa, sendo eles:

• Concentração em massa: , dada em [pic 1][pic 2]

 Sendo: mi = massa da componente;

             V = volume do sistema.

• Concentração molar: , dada em [pic 3][pic 4]

Sendo: Mi = massa molar da componente.

As concentrações em massa e molar totais do sistema são dadas pelo somatório das concentrações correspondentes a cada componente química presente no sistema, sendo:  e [pic 5][pic 6]

• Fração mássica: [pic 7]
• Fração molar: [pic 8]

As frações mássica e molar são adimensionais.

1. Transferência de massa por difusão

2.1) Conceitos de Difusão:

Pode-se relacionar transferência de massa por difusão e transferência de calor por condução de forma análoga. Nesses processos, tanto o transporte da massa ocorre pelo movimento de uma dada espécie no sentido de diminuir sua concentração, como a transmissão de energia entre as moléculas ocorre no sentido da diminuição de temperatura, no processo de condução. (SISSOM; PITTS,1988, p.175)

A difusão apresenta transporte de massa ocasionada pela diferença na concentração química das espécies. Tal processo ocorre de forma similar à condução elétrica, em que um fio condutor funciona como canal para o transporte de cargas elétricas.

A difusão ordinária pode ocorrer em todas os estados da matéria (sólido, líquido e gasoso). Entretanto, devido à organização e ao espaçamento das moléculas em cada um desses estados, a difusão ordinária ocorre em diferentes intensidades, intensificando-se principalmente nos gases, onde as moléculas estão mais distantes umas das outras. (SISSOM; PITTS,1988, p.175)

Para exemplificar:

a) Difusão em gases: odor de um perfume espalhando-se por um ambiente

b) Difusão em líquidos: uma gota de tinta diluindo-se em água;

Diferentes fatores podem originar o processo de difusão, fazendo necessário agrupá-la em três tipos: difusão sob pressão, difusão forçada e difusão térmica.

- Difusão sob pressão: ocorre quando existe um gradiente de pressão numa mistura fluida, onde os componentes mais leves tendem a se mover para as regiões de mais baixas pressões;

- Difusão forçada: ocorre quando uma força externa atua de forma diferente sobre os diversos componentes de uma mistura.

- Difusão térmica: ocorre quando moléculas de um componente se dirigem à região quente ao mesmo tempo em que as moléculas do outro componente se dirigem à região mais fria – efeito este, conhecido como Efeito Soret. Já o efeito inverso, isto é, a criação de um gradiente térmico devido à existência de um gradiente de concentração é chamada de efeito Dufour.

2.2) Difusão em estado estacionário

Difusão em estado estacionário é quando o fluxo (definido como quantidade de massa que passa através de uma área unitária por unidade de tempo) e as concentrações dos elementos não variam ao longo do tempo. Nesse estado, o cálculo do fluxo é dado pela 1ª Lei de Fick, exposta abaixo: