Roteiro de Estudo Orientado 6 - Fenômenos de Transporte 2 2021-2

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS CURSOS DE ENGENHARIA CIVIL E ENGENHARIA DE MATERIAIS ROTEIRO DE ESTUDO ORIENTADO 6 Período: 21/03/2022 a 03/04/2022 GNE 281 – Fenômenos de Transporte II Profa. Cristiane Alves Pereira 1. INTRODUÇÃO Vocês aprenderam 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. 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 consideramos. 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. O transporte de uma substância de uma região de maior concentração para aquela de menor concentração é denominado transferência de massa. Iniciaremos nosso estudo entendendo o fenômeno de transferência de massa e as variáveis que caracterizam a composição de misturas. Posteriormente veremos como calcular a taxa de transferência de massa por difusão usando a Lei de Fick. 2. O QUE JÁ SABEMOS E POR QUE PRECISAMOS APRENDER? Até́ agora a atenção foi restringida para problemas de transferência de calor que não envolvem nenhuma transferência de massa. No entanto, muitos problemas de transferência de calor encontrados na prática envolvem a transferência de massa. Por exemplo, cerca de um terço da perda de calor a partir de uma pessoa em descanso é devido à evaporação. A transferência de massa está presente em muitas de nossas experiências diárias. Uma colher de açúcar adicionada a uma xícara de café se dissolve e o açúcar se difunde uniformemente no café. A fragrância de um perfume se difunde pelo ar ambiente próximo. 2 Existem modos de transferência de massa que são similares aos modos de transferência de calor por condução e por convecção. Vocês já estudaram a transferência de massa por convecção, que é análoga à transferência de calor por convecção e neste REO começaremos a analisar a transferência de massa por difusão, em uma abordagem análoga à transferência de calor por condução. Para isso, entenderemos as quantidades que caracterizam as variáveis e como analisar as velocidades envolvidas no sistema. Além disso, estudaremos a Lei de Fick que explica a difusão de um componente de interesse em misturas binárias, ou seja, de duas substâncias. A mistura entre hidrogênio e ar é um exemplo de mistura binária. Sabemos que o ar é constituído majoritariamente por nitrogênio e oxigênio, no entanto em muitos casos consideramos o ar como uma substância única, pois consideramos a característica “média” desta mistura. 3. O QUE DEVEMOS FAZER PARA APRENDER? Este REO contempla 14 dias úteis, então se organizem para realizar as atividades descritas nos passos. Estou retornando de licença a gestante e teremos uma videoconferência para nos conhecermos, discutir conceitos e dirimir dúvidas relacionados à Transferência de Massa no dia 23/03 as 13h00 – previsão de 1,5h, a qual será gravada e posteriormente disponibilizada no campus virtual por 30 dias. Link para acesso à videoconferência: meet.google.com/mms-efiq-vtb 3.1. Passo 1 Realizar a leitura da parte teórica da Introdução e seção 24.1 (Transferência de massa molecular) entre as páginas 398 e 402 do livro “Fundamentos de transferência de momento, de calor e de massa”. Os slides de aula 1 a 19 disponibilizados têm relação com este conteúdo. Referência completa: WELTY, James R.; RORRER, Gregory L.; FOSTER, David G. Fundamentos de transferência de momento, de calor e de massa. 6. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2017. 703 p. ISBN 9788521634188. 3 3.2. Passo 2 Assistir a videoaula “Aplicação Fundamentos da Transferência de Massa” cujo link está disponível na sala do Campus Virtual. O enunciado do exemplo segue abaixo. Aplicação 6.1 –Fundamentos da Transferência de Massa: Uma mistura gasosa proveniente do processo de reforma de hidrocarbonetos contém 50% de H2, 40% de CO2 e 10% de metano (CH4) por volume a 400 °C e está submetido a uma pressão de 1,5 atm. Determine a concentração molar e as frações mássicas de cada espécie na mistura, bem como a densidade da mistura. 3.3. Passo 3 Fazer os exercícios sugeridos 1 a 6. Está na dúvida? Estude sempre o conteúdo antes da resolução dos exercícios! Não é aconselhável pular etapas. Use o Fórum de Dúvidas e Discussão do Campus Virtual... Lembre-se que sua dúvida pode ser a de outro colega também... Assim, a informação chegará para todos de modo mais eficiente. 3.4. Passo 4 Realizar a leitura da parte teórica subseção Velocidades da seção 24.1 (Transferência de massa molecular) entre as páginas 403 a 407, bem como da Introdução e subseção Difusividade Mássica de Gases da seção 24.2 (Coeficiente de difusão) entre as páginas 407 e 412 do livro “Fundamentos de transferência de momento, de calor e de massa”. Os slides de aula 20 a 34 disponibilizados têm relação com este conteúdo. Referência completa: WELTY, James R.; RORRER, Gregory L.; FOSTER, David G. Fundamentos de transferência de momento, de calor e de massa. 6. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2017. 703 p. ISBN 9788521634188. 4 3.5. Passo 5 Assistir a videoaula “Aplicação Lei de Fick” cujo link está disponível na sala do Campus Virtual. O enunciado do exemplo segue abaixo. Aplicação 6.2 – Aplicação Lei de Fick: Considere a difusão de H2 (espécie A) em ar (espécie B) a 293 K. Calcule os fluxos da espécie na base molar e mássica se o gradiente de concentração em um local específico for igual a dCA/dx = 1 kmol/(m3 m). A fração molar xA é muito menor do que um. Calcule também o número de Lewis. 3.6. Passo 6 Fazer os exercícios sugeridos 7 a 10. Está na dúvida? Estude sempre o conteúdo antes da resolução dos exercícios! Não é aconselhável pular etapas. Use o Fórum de Dúvidas e Discussão do Campus Virtual... Lembre-se que sua dúvida pode ser a de outro colega também... Assim, a informação chegará para todos de modo mais eficiente. 3.7. Passo 7 Realização do Estudo Autônomo também referente à Difusão de massa permanente através de uma parede. Realizar a leitura da seção 14.5 (Difusão de massa permanente através de uma parede) entre as páginas 810 a 813 incluindo o exemplo 14.5 do livro “Transferência de calor e massa uma abordagem prática” – Quarta Edição, e-book disponível no acervo virtual da Biblioteca da Universidade Federal de Lavras. Referência completa: CENGEL, Yunus A. Transferência de calor e massa uma abordagem prática. 4. Porto Alegre AMGH 2012. ISBN 9788580551280. 3.8. Passo 8 Fazer os exercícios sugeridos 11 e 12. 5 Está na dúvida? Estude sempre o conteúdo antes da resolução dos exercícios! Não é aconselhável pular etapas. Use o Fórum de Dúvidas e Discussão do Campus Virtual... Lembre-se que sua dúvida pode ser a de outro colega também... Assim, a informação chegará para todos de modo mais eficiente. 4. QUE PRODUTO DEVE SER GERADO E COMO SERÁ AVALIADO? Durante o período de 21 de março a 3 de abril você aprenderá conceitos relacionados aos fundamentos da transferência de massa e calculará fluxo ou taxa de transferência de massa. Não teremos atividade avaliativa neste REO. Reforço a informação: Se você precisar de ajuda use o Fórum de Discussão. É muito importante sua participação no Fórum para o esclarecimento de dúvidas e estimular discussões. É também de grande relevância que você comente e responda as dúvidas de seus colegas. Ah! Mas antes de postar observe se sua dúvida já foi respondida. Meu e-mail: cristiane.alpereira@ufla.br Bons Estudos!!! 5. REFERÊNCIAS BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S. Incropera Fundamentos de transferência de calor e de massa. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2019. 672 p. ISBN 9788521636649. CENGEL, Yunus A. Transferência de calor e massa uma abordagem prática. 4. Porto Alegre AMGH 2012 1 recurso online ISBN 9788580551280. WELTY, James R.; RORRER, Gregory L.; FOSTER, David G. Fundamentos de transferência de momento, de calor e de massa. 6. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2017. 703 p. ISBN 9788521634188.