Transferência de massa

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A transferência de massa é o movimento líquido de massa de um local, geralmente significando fluxo, fase, fração ou componente, para outro. A transferência de massa ocorre em muitos processos, como absorção , evaporação , secagem , precipitação , filtração por membrana e destilação . A transferência de massa é usada por diferentes disciplinas científicas para diferentes processos e mecanismos. A frase é comumente usada em engenharia para processos físicos que envolvem transporte difusivo e convectivo de espécies químicas dentro de sistemas físicos .

Alguns exemplos comuns de processos de transferência de massa são a evaporação da água de um lago para a atmosfera , a purificação do sangue nos rins e no fígado e a destilação do álcool. Em processos industriais, as operações de transferência de massa incluem a separação de componentes químicos em colunas de destilação, absorventes como depuradores ou decapantes, adsorventes como leitos de carvão ativado e extração líquido-líquido . A transferência de massa é frequentemente associada a processos de transporte adicionais , por exemplo em torres de resfriamento industriais. Essas torres acoplam a transferência de calor à transferência de massa, permitindo que a água quente flua em contato com o ar. A água é resfriada expelindo parte de seu conteúdo na forma de vapor d'água.

Astrophysics

Na astrofísica , a transferência de massa é o processo pelo qual a matéria gravitacionalmente ligada a um corpo, geralmente uma estrela , preenche seu lóbulo Roche e torna-se gravitacionalmente ligada a um segundo corpo, geralmente um objeto compacto ( anã branca , estrela de nêutrons ou buraco negro ), e é eventualmente agregado a ele. É um fenômeno comum em sistemas binários e pode desempenhar um papel importante em alguns tipos de supernovas e pulsares .

Engenharia química

A transferência de massa encontra ampla aplicação em problemas de engenharia química . É usado em engenharia de reação, engenharia de separação, engenharia de transferência de calor e muitas outras subdisciplinas da engenharia química, como engenharia eletroquímica. [1]

A força motriz para a transferência de massa é geralmente uma diferença no potencial químico , quando pode ser definida, embora outros gradientes termodinâmicos possam se acoplar ao fluxo de massa e conduzi-lo também. Uma espécie química se move de áreas de alto potencial químico para áreas de baixo potencial químico. Assim, a extensão teórica máxima de uma dada transferência de massa é tipicamente determinada pelo ponto em que o potencial químico é uniforme. Para sistemas de fase única, isso geralmente se traduz em concentração uniforme em toda a fase, enquanto para sistemas multifásicos as espécies químicas muitas vezes preferem uma fase às outras e alcançam um potencial químico uniforme apenas quando a maioria das espécies químicas foi absorvida na fase preferida , como na extração líquido-líquido.

Enquanto o equilíbrio termodinâmico determina a extensão teórica de uma dada operação de transferência de massa, a taxa real de transferência de massa dependerá de fatores adicionais, incluindo os padrões de fluxo dentro do sistema e as difusividades das espécies em cada fase. Essa taxa pode ser quantificada por meio do cálculo e da aplicação de coeficientes de transferência de massa para um processo geral. Esses coeficientes de transferência de massa são normalmente publicados em termos de números adimensionais , muitas vezes incluindo números de Péclet , números de Reynolds , números de Sherwood e números de Schmidt , entre outros. [2] [3] [4]

Analogias entre calor, massa e transferência de momento

Existem semelhanças notáveis ​​nas equações diferenciais aproximadas comumente usadas para momentum, calor e transferência de massa. [2] As equações de transferência molecular da lei de Newton para o momento do fluido em baixo número de Reynolds ( fluxo de Stokes ), a lei de Fourier para o calor e a lei de Fick para a massa são muito semelhantes, uma vez que são todas aproximações lineares para o transporte de quantidades conservadas em um fluxo campo. No número de Reynolds mais alto, a analogia entre massa e transferência de calor e transferência de momento torna-se menos útil devido à não linearidade da equação de Navier-Stokes (ou mais fundamentalmente, aequação geral de conservação do momento ), mas a analogia entre a transferência de calor e massa permanece boa. Um grande esforço foi dedicado ao desenvolvimento de analogias entre esses três processos de transporte, de modo a permitir a previsão de um a partir de qualquer outro.

Referências

  1. ^ Electrochimica Acta 100 (2013) 78-84. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.03.134
  2. ^ a b Welty, James R .; Wicks, Charles E .; Wilson, Robert Elliott (1976). Fundamentos de momentum, calor e transferência de massa (2 ed.). Wiley.
  3. ^ Bird, RB; Stewart, WE; Lightfoot, EN (2007). Transport Phenomena (2 ed.). Wiley.
  4. ^ Taylor, R .; Krishna, R. (1993). Transferência de massa multicomponente . Wiley.

Veja também