6.3 Quais propriedades
podem ser controladas num escoamento? Como?
Passo 1
O enunciado pergunta quais das propriedades termodinâmicas pressão (
), volume específico (
) e temperatura (
) podem ser controladas em um escoamento e de que forma. Vamos usar conceitos de equação de estado e condições de contorno em fluidos.
Passo 2
Em um gás ideal a equação de estado é
onde
é a constante do gás. Isso mostra que só há duas grandezas independentes: se fixarmos dois valores, o terceiro será determinado automaticamente por essa relação.
Passo 3
Para controlar a pressão (
) num escoamento, usam-se dispositivos que ajustam o nível de pressão de entrada ou saída, por exemplo:
– Bombas ou compressores que elevam a pressão do fluido.
– Válvulas redutoras ou reguladoras de pressão (válvulas de controle, válvulas borboleta) para manter num valor desejado.
– Bombas ou compressores que elevam a pressão do fluido.
– Válvulas redutoras ou reguladoras de pressão (válvulas de controle, válvulas borboleta) para manter
Passo 4
Para controlar o volume específico (
) – que é o inverso da densidade – ou, equivalentemente, a vazão volumétrica ou mássica, recorre-se a:
– Controladores de vazão e medidores de vazão (rotâmetros, medidores coriolis).
– Orifícios e válvulas de estrangulamento para ajustar a vazão na tubulação.
– Variação da área da seção transversal (válvulas de camisa, difusores, venturis) que altera a velocidade e, assim, .
– Controladores de vazão e medidores de vazão (rotâmetros, medidores coriolis).
– Orifícios e válvulas de estrangulamento para ajustar a vazão na tubulação.
– Variação da área da seção transversal (válvulas de camisa, difusores, venturis) que altera a velocidade e, assim,
Passo 5
Para controlar a temperatura (
) do fluido em escoamento, empregam-se:
– Trocadores de calor (serpentinas, câmaras aletadas) para aquecer ou resfriar.
– Resistências elétricas ou aquecedores a gás integrados no duto.
– Sistemas de refrigeração (circulação de água gelada, câmaras criogênicas) e isolamento térmico para reduzir trocas externas.
– Trocadores de calor (serpentinas, câmaras aletadas) para aquecer ou resfriar.
– Resistências elétricas ou aquecedores a gás integrados no duto.
– Sistemas de refrigeração (circulação de água gelada, câmaras criogênicas) e isolamento térmico para reduzir trocas externas.
Passo 6
Como só podemos impor dois valores independentes, a estratégia é:
- Escolher duas propriedades para serem “prescritas” por meio dos dispositivos acima.
- A terceira propriedade ajusta-se pela equação de estado
.
Resposta
– Pressão (
): bombas, compressores, válvulas reguladoras.
– Volume específico ( ): controladores de vazão, orifícios, ajuste de seção.
– Temperatura ( ): trocadores de calor, resistências elétricas, refrigeração e isolamento.
– Volume específico (
– Temperatura (
Em um escoamento de gás ideal podemos impor dois desses valores independentemente; o terceiro é fixado pela relação
.