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Capítulo 11 Trocadores de Calor

Theodore L. Bergman, Adrienne Lavine Grupo Gen ePub Criptografado

O processo de troca de calor entre dois fluidos que estão a diferentes temperaturas e se encontram separados por uma parede sólida ocorre em muitas aplicações de engenharia. O equipamento usado para implementar essa troca é conhecido por trocador de calor, e suas aplicações específicas podem ser encontradas no aquecimento de ambientes, em sistemas de ar condicionado, na produção de potência, na recuperação de calor em processos e no processamento químico.

Neste capítulo nossos objetivos são apresentar os parâmetros de desempenho para avaliar a eficácia de um trocador de calor e desenvolver metodologias para projetar um trocador de calor ou para prever o desempenho de um trocador existente operando sob condições especificadas.

Comumente, os trocadores de calor são classificados em função da configuração do escoamento e do tipo de construção. No trocador de calor mais simples, os fluidos quente e frio se movem no mesmo sentido ou em sentidos opostos em uma construção com tubos concêntricos (ou bitubular). Na configuração paralela da Figura 11.1a, os fluidos quente e frio entram pela mesma extremidade, escoam no mesmo sentido e deixam o equipamento também na mesma extremidade. Na configuração contracorrente da Figura 11.1b, os fluidos entram por extremidades opostas, escoam em sentidos opostos e deixam o equipamento em extremidades opostas.

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Capítulo 14 Transferência de Massa por Difusão

Theodore L. Bergman, Adrienne Lavine Grupo Gen ePub Criptografado

Aprendemos que calor é transferido se existir uma diferença de temperaturas em um meio. De maneira semelhante, se houver uma diferença na concentração de alguma espécie química em uma mistura, transferência de massa tem que ocorrer.1

Transferência de massa é massa em trânsito como resultado de uma diferença de concentrações de uma espécie em uma mistura.

Da mesma forma que um gradiente de temperatura é o potencial motriz para a transferência de calor, um gradiente de concentração de uma espécie em uma mistura fornece o potencial motriz para o transporte desta espécie.

É importante compreender claramente o contexto no qual o termo transferência de massa é usado. Embora massa seja certamente transferida toda vez que existir movimento global no fluido, não é isso o que temos em mente. Por exemplo, não usamos o termo transferência de massa para descrever o movimento do ar que é induzido por um ventilador ou o movimento da água sendo forçado através de um tubo. Em ambos os casos, há movimento macroscópico ou global do fluido em razão do trabalho mecânico. Contudo, usamos o termo para descrever o movimento relativo de espécies em uma mistura devido à presença de gradientes de concentração. Um exemplo é a dispersão de óxidos de enxofre liberados no meio ambiente na fumaça da chaminé de uma usina de potência. Outro exemplo é a transferência de vapor d’água para o ar seco, como em um umidificador doméstico.

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24 - Fundamentos da Transferência de Massa

James R. Welty, Gregory L. Rorrer, David G. Foster Grupo Gen PDF Criptografado

CAPÍTULO

24

Fundamentos da Transferência de Massa

Nos capítulos precedentes, que abordaram os fenômenos de transporte de momento e de calor, tra-

tou-se de sistemas de um único componente, que têm tendência natural de alcançar as condições de equilíbrio. Quando um sistema tem dois ou mais componentes, cujas concentrações variam de ponto a ponto, há tendência natural de massa ser transferida, minimizando as diferenças de concentração no interior do sistema. O transporte de um constituinte de uma região de maior concentração para aquela de menor concentração é denominado transferência de massa.

A transferência de massa está presente em muitas de nossas experiências diárias. Um torrão de açúcar adicionado a uma xícara de café se dissolve e o açúcar se difunde uniformemente no café. A

água evapora de lagoas e aumenta a umidade da corrente de ar em movimento. A agradável fragrância de um perfume se difunde pelo ar ambiente próximo.

A transferência de massa é o fenômeno básico que rege muitos processos biológicos e químicos.

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Capítulo 10 Ebulição e Condensação

Theodore L. Bergman, Adrienne Lavine Grupo Gen ePub Criptografado

Neste capítulo focamos em processos convectivos associados à mudança de fase de um fluido. Em particular, analisamos processos que podem ocorrer em uma interface sólido-líquido ou sólido-vapor, como a ebulição e a condensação. Nesses casos, os efeitos do calor latente associado à mudança de fase são significativos. A mudança do estado líquido para o estado vapor, em razão da ebulição, é mantida pela transferência de calor oriunda de uma superfície sólida; por outro lado, a condensação de um vapor para o estado líquido resulta em transferência de calor para a superfície sólida.

Como envolvem movimentação do fluido, a ebulição e a condensação são classificadas como tipos do modo de transferência de calor por convecção. Entretanto, elas são caracterizadas por fatores específicos. Em função de haver uma mudança de fase, a transferência de calor para ou a partir do fluido pode ocorrer sem influenciar na sua temperatura. Na realidade, na ebulição ou na condensação, altas taxas de transferência de calor podem ser atingidas com pequenas diferenças de temperaturas. Além do calor latente hfg, dois outros parâmetros são importantes na caracterização desses processos. São eles: a tensão superficial σ na interface líquido-vapor e a diferença de massas específicas entre as duas fases. Essa diferença induz uma força de empuxo, que é proporcional a g(ρlρv). Em função dos efeitos combinados do calor latente e do escoamento induzido pelo empuxo, as taxas e os coeficientes de transferência de calor na ebulição e na condensação são, em geral, muito maiores do que aqueles característicos da transferência de calor por convecção sem mudança de fase.

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Capítulo 13 Troca de Radiação entre Superfícies

Theodore L. Bergman, Adrienne Lavine Grupo Gen ePub Criptografado

Tendo até o momento restringido nossa atenção aos processos radiantes que ocorrem em uma única superfície, agora analisaremos o problema da transferência de radiação entre duas ou mais superfícies. Essa transferência depende fortemente das geometrias e orientações das superfícies, assim como de suas propriedades radiantes e temperaturas. Inicialmente, admitimos que as superfícies são separadas por um meio não participante. Uma vez que tal meio não emite nem absorve ou espalha, ele não tem qualquer efeito sobre a transferência de radiação entre as superfícies. Um vácuo satisfaz essas exigências de forma exata e a maioria dos gases as satisfazem com uma excelente aproximação.

Nosso primeiro objetivo é estabelecer as características geométricas do problema da transferência radiante, desenvolvendo a noção de um fator de forma. Nosso segundo objetivo consiste em desenvolver procedimentos para prever a transferência radiante entre superfícies que formam um ambiente fechado. Limitaremos nossa atenção às superfícies que são supostas opacas, difusas e cinzas. Concluímos nosso estudo da troca radiante entre superfícies considerando os efeitos de um meio participante, notadamente, um gás que se interpõe entre as superfícies e que emite e absorve radiação.

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