Introdução e Fenomenologia da TM

7/21/2019 Introdução e Fenomenologia da TM

http://slidepdf.com/reader/full/introducao-e-fenomenologia-da-tm 1/26

UNIVERSIDADE DE FRANCAENGENHARIA QUÍMICA

FENÔMENOS DE TRANSPORTE IV

TRANSFERÊNCIA DE MASSA

Introdução e fenomenologia da transferência

de massa.

2015.2



Discutir e analisar os processos que envolvem a transferência

de massa e a formulação matemática dos problemas físicos,com o objetivo de calcular variações de concentração e

taxas de transferência de massa em diferentes situações.

OBJETIVO GERAL



Qual é a importância deste aprendizado?

Estes conceitos são usados, como fundamentos no

dimensionamento de muitos equipamentos na área deengenharia, que envolvem operações de transferência

de massa (destilação, extração e absorção).



REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Básica: CREMASCO, M.A. Fundamentos de Transferência de Massa. Ed. UNICAMP , 2002, 2ed.,728 p.ÇENGEL, Yunus A.. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática. 3 ed. SãoPaulo: McGraw-Hill, 2009. 902 p. ISBN 9788577260751.

WELTY, J. R.; WICKS, C. E.; WILSON, R. E.; RORRER, G. – Fundamentals of Momentum,Heat, and Mass Transfer. Wiley, 4th ed., New York, 2000.

Complementar: BIRD, R. B., STEWART, W. E.; LIGHTFOOT, E. N. – Fenômenos de Transporte. LTC Editora,

2ª edição, 2004.INCROPERA, F. P.,– Fundamentos de transferência de calor e massa. LTC Editora, 6ªedição, 2008.



Definição do fenômeno

Para que ocorra fluxo (B) é necessário queexiste um gradiente de potencial (P)

Fluxo

contrário

Sentido de fluxo GRADIENTE

)( P




No equilíbrio, a taxa de transferência é nula.(Quantidade de matéria que atravessa plano são iguais)

Quando um sistema dois ou mais componentes na qual asconcentrações variam de ponto a ponto, há uma tendêncianatural da massa ser transferida, minimizando as diferençasde concentração entre os sistemas.




Água

Vapor de águaAr

GeloSeco

CO2

Ar

Café

Açúcar

Ferro

Carbono



1. Destilação Simples e Fracionada2. Absorção de gases

3. Umidificação e de desumidificação de ar

4. Secagem

5. Extração líquido-líquido6. Extração sólido-líquido

7. Cristalização

8. Separação por membrana

9. Difusão

Aplicação Processos industriais



Relembrando alguns conceitos.

- Sistema termodinâmico (ou simplesmente sistema):quantidade de matéria ou região escolhida do espaço.

sistema

vizinhança

contorno




Sistemas: aberto,fechado e isolado

Aberto permite a troca de energia (trabalho, calor)

e matéria com o meio externo.

Fechado (ou massa de controle) formado por

uma quantidade fixa de matéria. Não pode ocorrer

transferência de massa entre o sistema e a

vizinhança. No entanto, pode haver troca de energia.

Isolado Além de fechado, não há troca de energia

com a vizinhança.




Propriedades ou grandezas

qualquer característicada substância:

Ex.: pressão P, temperatura T, volume V, massa m.

)(Kg/m

V

m 3 )Kg/(m

1

m

V 3

densidade volume específico

Nem todas as propriedades são independentes.



Extensiva São aquelas cujos valores dependem do

tamanho, ou extensão, do sistema. Exemplos: massa

m, volume V, energia total E.


Intensiva São aquelas cujos valores independem

do tamanho, ou extensão, do sistema. Exemplos:

pressão P, temperatura T.

Específicas propriedades extensivas por unidade

de massa. Exemplos: massa específica ou densidade

absoluta, volume específico, energia interna

específica.

As propriedades podem ser classificadas com:



Conceitos fundamentais.

“ Transferência de massa é um fenômeno ocasionado pela

diferença de concentração, maior para menor, de um

determinado soluto em um certo meio” .

Assim, o movimento da matéria devido a diferença deconcentração do soluto com o meio, é diretamenteproporcional a força motriz e inversamente a resistência domeio ou seja:

(movimento da matéria) α (força motriz)(Resistência)



Na transferência de massa há diversas contribuições,mas as mais importantes são:

1. Contribuição difusiva: transporte de matéria devido

às interações moleculares,

2. Contribuição convectiva: auxílio ao transporte dematéria como conseqüência do movimento do meio.




Exemplo: Mar calmo, um surfista e sua prancha.

Soluto = surfistaMeio = Mar Contribuição Difusiva

Movimento = mão




Exemplo: Aparece um onda e leva o surfista.

Soluto = surfistaMeio = Mar Contribuição Convectiva

Movimento = Onda




Exemplo: Ou também

Soluto = surfistaMeio = Mar

Movimento = Onda + mão

Neste caso tem-se Contribuição Difusiva e Convectivasimultaneamente.




Na contribuição difusiva o surfista (soluto)interage com o mar (meio).

Na contribuição convectiva o surfista (soluto)se deixa carregar pelo mar (meio), existindo uma

ação do mar em levar a prancha de um lugar paraoutro.




Conceitos fundamentais: Analogia entre T.M e T.C

T.M T.CForça Motriz

Concentração Temperatura

Transf. Condução =−. .

qcond=−. .

Transf. Convecçãoqconv=ℎ. .(Ts-Tinf )wconv= ℎ. .(Cs-

Cinf )



Conceitos fundamentais: T.M Molecular

Breve histórico

Parrot, analisando uma mistura com 2 ou mais espéciesmoleculares verificou:

1 - Concentrações relativas variam de ponto a ponto em um processo

aparentemente natural;2 - Ao final, a mistura tende a diminuir qualquer inigualdade da composição.




Causa o fenômeno:- Para temperaturas acima do zero absoluto, moléculas individuais estão no estado domovimento contínuo ainda aleatório.

- Dentro de misturas gasosas diluídas, cada molécula comporta-se independentementedas outras moléculas de soluto.

- Colisões entre moléculas de soluto e solvente estão continuamente ocorrendo.

- Como resultado das colisões, as moléculas de soluto movem-se ao longo de umcaminho em zig-zag, ora através de uma região de alta concentração, ora através de

baixas concentrações.




O espaçamento molecular é um dos principais fatores queinfluenciam o processo de difusão. Quando maior o espaçamento,em geral, maior a taxa de difusão.

Por esse motivo, as taxas de difusão costumam ser mais elevadasnos gases costumam ser muito mais elevadas do que em líquidos esólidos .

E como veremos, os coeficientes de difusão de misturas gasosaspossuem ordem de magnitudes superiores que em soluções delíquidos e sólidos.



As leis de Transferência de Massa mostram uma relação entre:1. Fluxo de uma substância difusiva2. Gradiente de concentração




Próxima semana

- Grandezas fundamentais utilizadas na TM e as correlaçõesentre elas.

- Estudo das velocidades e fluxos usadas na TM

- 1° Lei de Fick

- Welt seção 24.1- Çengel seção 14.1/2/3

Introdução e Fenomenologia da TM

Documents

Transcript of Introdução e Fenomenologia da TM