6.3 Quais propriedades (P, v, T) podem ser controladas num escoamento? Como?

Passo 1

O enunciado pergunta quais das propriedades termodinâmicas pressão ( P), volume específico ( v) e temperatura ( T) 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
P\,v = R\,T,
onde R 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 ( P) 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 P num valor desejado.

Passo 4

Para controlar o volume específico ( v) – 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, v.

Passo 5

Para controlar a temperatura ( T) 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.

Passo 6

Como só podemos impor dois valores independentes, a estratégia é:
  1. Escolher duas propriedades para serem “prescritas” por meio dos dispositivos acima.
  2. A terceira propriedade ajusta-se pela equação de estado P\,v=R\,T.

Resposta

– Pressão ( P): bombas, compressores, válvulas reguladoras.
– Volume específico ( v): controladores de vazão, orifícios, ajuste de seção.
– Temperatura ( T): trocadores de calor, resistências elétricas, refrigeração e isolamento.
Em um escoamento de gás ideal podemos impor dois desses valores independentemente; o terceiro é fixado pela relação \,P\,v=R\,T.

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