TERMINOLOGIE. PARAMETRII. DIAGRAME DE STARE

Pentru analiza fenomenelor de transfer, este necesara cunoasterea unei terminologii legate de procesele in care au loc cunoasterea sau calcularea parametrilor si a mijloacelor pentru usurarea muncii, in vederea determinarii parametrilor caracteristici unui proces.

1. TIPURI DE PROCESE. REGIMURI DE LUCRU

Procesele sau operatiile - continue (alimentare si evacuare continua)

- discontinue (pe sarja)

Functionarea utilajului - in regim stationar (valori constante ale parametrilor) → initierea regimului tranzitoriu

in regim nestationar - variatia parametrilor in timpul functionarii instalatiei

Procesele continue in regim stationar au avantajele:

- posibilitatea realizarii unei mecanizari si automatizari complete a procesului tehnologic;

- asigurarea unei productii omogene cu posibilitati de imbunatatire a calitatii;

- reducerea spatiului ocupat de utilaje;

Factorii ce trebuie urmariti la functionarea unei instalatii industriale:

- cantitatea produsului

- calitatea produsului

- eficienta instalatiei - (randamentul) = ceea ce se obtine/ ceea ce se consuma (η)

- gradul de transformare (ex.: reactii chimice)

- consumul specific = cantitatea de materie prima folosita / cantitatea de produs finit obtinut

FLUIDE

Starea fluida a materiei - interesanta in special pentru problemele de bilant energetic si transferul cantitatii de miscare - este reprezentata de: starea lichida, gazoasa si chiar solida amestecata cu lichid sau gaz daca se respecta proprietatile fluidelor.

Proprietatile starii lichide

• mobilitatea nelimitata a particulelor;
• lipsa aproape completa a rezistentei la rupere;
• posibilitatea de a lua forma spatiului care i se pune la dispozitie;
• materia in stare lichida este putin compresibila si are dilatare termica redusa, ceea ce face ca densitatea, respectiv greutatea specifica a lichidelor sa varieze putin cu temperatura si presiunea.

In studiul unor probleme de transfer de cantitate de miscare, se utilizeaza notiunea de "lichid ideal" care este caracterizat prin lipsa totala a compresibilitatii si a dilatarii termice ceea ce are drept consecinta densitate si greutate specifica constanta.

Pe de alta parte: - elasticitatea este infinit de mare;

- coeficientul de frecare interna nul.

Lichidele reale insa au o anumita compresibilitate, un oarecare coeficient de dilatare termica, nu sunt perfect elastice si au un coeficient de frecare interna.

Starea gazoasa

- gazele nu au forma si volum determinat (ocupa spatiul avut la dispozitie);

- usor compresibile si expansibile;

- se dilata mult odata cu cresterea temperaturii;

"Gaz ideal" → caracterizat de ecuatia de stare Clapeyron -Mendeleev p·V = ν·R·T

R = 8314 J/mol·K = constanta universala a gazelor; V = volum molar;

ν = numarul de moli.

Gazele reale (ecuatia de stare a gazelor ideale → ajustata de Van der Waals):

(p + ) · (V - b) = υ·R·T

3. CARACTERE REOLOGICE. VASCOZITATE. FLUIDITATE

Corpurile din natura, sub aspectul comportarii lor la actiunea solicitarilor pot sa aiba trei proprietati: elasticitate, plasticitate, vascozitate. Aceste trei proprietati reunite, duc la diferite comportari ale materiei.

Solidul perfect rigid (fara elasticitate) se numeste solidul EUCLID

Fluidul perfect plastic se numeste fluidul lui VENANT

Fluidul perfect elastic se numeste fluidul lui HOOKE

Fluidul perfect vascos se numeste fluidul lui NEWTON

vascoplastice vascoelastoplastice elastoplastice

vascoelastice

Sub aspectul caracterelor reologice si in special al relatiei intre efortul tangential unitar si deformarea la curgere (gradientul de viteza) fluidele se impart in 2 categorii: fluide newtoniene si fluide nenewtoniene.

Un fluid newtonian este prin definitie cel care respecta legea lui Newton:

F = η·A·

(pentru a avea un gradient de viteza intre 2 straturi ale fluidului, este necesar sa se aplice o forta tangentiala F, situata in planul suprafetei A dintre straturi, care sa deplaseze straturile paralele intre ele).

Introducand efortul tangential unitar: = σ, relatia devine: σ = η ·

η = vascozitate dinamica =coeficient de proportionalitate caracteristic fluidului si independent de gradientul de viteza.

Majoritatea fluidelor respecta aceasta lege. Fluidele care nu o respecta se numesc fluide nenewtoniene.

Deviatii mai mari sau mai mici se intalnesc in special in cazul fluidelor cu molecula mare, al topiturilor sau al suspensiilor lichide, in special in cazul in care particulele se umfla sau se asociaza cu lichidul. Fluidele nenewtoniene cunoscute sub denumirea de normal vascoase datorita abaterilor de la legea lui Newton nu se mai pot caracteriza prin vascozitate, ci printr-o notiune mai generala: CONSISTENTA

Din punct de vedere reologic, fluidele nenewtoniene se pot grupa in trei categorii:

fluide nenewtoniene cu caractere independente de timp;

fluide nenewtoniene cu caractere dependente de timp;

fluide vascoelastice.

In categoria fluidelor nenewtoniene cu caractere independente de timp, mai apropiate de cele newtoniene, se disting mai multe tipuri:

Unele se supun relatiei:

σⁿ = η · (η = pseudovascozitate; n > 1 => fluide pseudoplastice; n < 1 => fluide dilatante)

- Pseudoplastice: sucuri, concentrate de fructe, piureuri, amestecuri apoase de unt, faina, margarina.

- Dilatante: suspensii de amidon, geluri la concentratii mici, solutie de alginati.

σ_o = efort limita, σ = σ_o + η · (Bingham)

Fluide plastice: Bingham

- Fluide plastice Bingham: branzeturi topite la temperatura normala, pasta moale de branza, pasta de carne.

- Fluide plastice reale (intre fluidele Bingham si fluidele pseudoplastice): pentru a incepe sa curga ele au nevoie de un efort tangential limita, apoi devin din ce in ce mai moi pe masura ce creste efortul tangential unitar.

Produse alimentare: untura, seul, shorteningul, plantolul, maioneza intre anumite limite.

Alta categorie de fluide nenewtoniene sunt cele care au caractere dependente de timp, comportarea lor la curgere variind cu durata efortului in sensul de exercitare. Ele se impart in 2 grupe:

fluide tixotropice

fluide reotropice

Fluidele tixotropice se comporta oarecum asemanator cu fluidele pseudoplastice. La acestea, vascozitatea aparenta descreste atat in functie de marimea efortului tangential unitar cat si de durata de actiune la temperatura constanta.

Acest comportament se explica prin ruperea succesiva in timp a unor legaturi structurale si formarea altora tinzandu-se catre un echilibru. Tixotropia e oarecum reversibila, dar pe alta relatie intre σ si gradientul de viteza.

Fluidele tixotropice: piure de fructe (mere), maioneza intre anumite limite.

Fluidele reopectice se comporta aproape ca cele dilatante. La inceput curg mai repede si apoi din ce in ce mai incet.

Ex.: oleati, alginati, solutii de bentonita.

Fluidele vascoelastice = prezinta proprietati suprapuse. La ele apare si o pseudovascozitate(consistenta) ca la lichide si elasticitate ca la solide.

Ex.: aluaturi din faina bogata in gluten, suspensii solutii in medii cu vascozitate mare.

Corpuri elastoplastice: creme de patiserie, aluaturi zaharoase

Fluide vascoelastoplastice: gelatina.