[DIGITE O TÍTULO DO DOCUMENTO]
TEMPERATURA ............................................................. 341
CALOR É ENERGIA ........................................................ . 341 TERMÔMETRO ............................................................. 341 Escala Celsius ........................................................... 341 Escala Kelvin ............................................................ 342
DILATAÇÃO.......................................................... ......... 342 Dilatação dos sólidos ............................................... 342 Dilatação linear ............................................................ 343 Dilatação superficial e volumétrica .............................. 343 Dilatação dos líquidos .............................................. 343
Dilatação anômala da água .................................... ...... 343
CALORIMETRIA ............................................................ . 344 Caloria...................................................................... 344 Capacidade térmica e calor e specífico ..................... 344
Capacidade térmica................... ..................... .............. 344 Calor específico ............................................................ 344
TRANSFERÊNCIA DE CALOR .......................................... 344 Condução ........................................................ ................................................................. ......... 344 Convecção ............................................................... ................................................................. 344 Radiação ......................................................... .................................................................. ......... 345 Garrafa térmica ....................................................... 345
ESTADO FISICO ............................................................. 345 Sólido ....................................................................... 345 Líquido ..................................................................... 345 Gasoso ..................................................................... 345 Mudança de estado ................................................. 346
Fusão ............................................................................ 346 Solidificação ................................................................. 346 Vaporização .................................................................. 346 Condensação ................................................................ 346 Liquefação .................................................................... 346 Sublimação ................................................................... 346 Influencia da pressão ............................................... 347
FILTRAÇÃO .................................................................... 348
FUNCIONAMENTO DE UM FILTRO................................ 348 Força centrífuga ...................................................... ........................................................ 348 Coadjuvante de filtração ......................................... 348
Tipos de tortas ............................................................. 348 Aplicações ............................................................... ................................................................. 349
Mecanismos de filtração .............................................. 349 Adjuvante de filtração ............................................. 349 Processo de filtração ................................................ 349
Descontínuo ................................................................. 349 Contínuo ....................................................................... 349 Ultrafiltração ........................................................... 349 Processo de filtração com membrana .................... ...... 349
DENSIDADE ................................................................... 350 Densidade absoluta ................................................. 350 Densidade relativa ................................................... 350 Densidade absoluta e aparente ............................... 350 Gravidade específica (densidade relativa) ............... 350 Escala .............................................................. ....................................................................... ......... 350
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[Escolha a data]
VISCOSIDADE ................................................................ 351 Determinação .......................................................... 351 Viscosidade relativa ................................................. 351 Tensão superficial .................................................... 351 Tensoativos ........................................................ .............................................................. ...... 351
REOLOGIA ..................................................................... 352 Viscosidade .............................................................. 352 Fluido ....................................................................... 352 Deformação e gradiente de velocidade ................... 352 Classificação ............................................................ 352
Fluídos newtonianos..................................................... 352 Fluidos não-newtonianos ............................................. 352 Independentes do tempo ......................................... 352 Pseudoplástico ............................................................. 352 Dilatantes ..................................................................... 352 Plástico de Bingham ..................................................... 352 Herschel-Bulkley ..................... ..................... ................. 352 Dependente de tempo ............................................. 352 Tixotrópicos .................................................................. 352 Reopéticos .................................................................... 352
TEMPERATURA A temperatura de um corpo é uma propriedade que está relacionada com o fato de o corpo estar mais quente ou mais frio. Dois corpos, colocados em contato, e isolados de influências externas, tendem para um estado final, denominado estado de equilíbrio térmico, que é caracterizado por uma uniformidade na temperatura dos corpos. CALOR É ENERGIA Essa ideia foi proposta por Rumford, um engenheiro militar que, em 1798, trabalhava na perfuração de canos de canhão. Observando o aquecimento das peças ao serem perfuradas, ele teve a ideia de atribuir este aquecimento ao trabalho que era realizado contra o atrito, na perfuração. A divulgação destas ideias provocou muitas discussões entre os cientistas do século passado. Alguns deles realizaram experiências que vieram confirmar as suposições de Rumford. Entre estes cientistas, devemos destacar James P. Joule, suas experiências acabaram por estabelecer, definitivamente, que o calor, é uma forma de energia. Atualmente, considera-se que, quando a temperatura de um corpo é aumentada, a energia que ele possui em seu interior, chamada de energia interna, também aumenta.
Escala Celsius Para medir a temperatura, é necessário graduar o termômetro, isto é, marcar nele as divisões e atribuir números a essas divisões. Ao fazer isso construímos uma escala termométrica. Os cientistas sugeriram à adoção de escala única baseados em convenções internacionais a escala Celsius, é adotada em quase todo o mundo. Anders Celsius desenvolveu vários trabalhos no campo da astronomia e da geociência. Ele inventou a escala centígrada de temperatura, que passou a ser usada em quase todo mundo. Para se graduar um termômetro na escala Celsius faz-se o seguinte: Introduz o termômetro numa mistura de gelo e água em equilíbrio térmico a pressão de 1atm. Mantenha na água até que o termômetro entre em equilíbrio térmico com a mistura, quando, a altura da coluna líquida se estabiliza. Marca-se zero na extremidade da coluna. Assim podemos dizer que a temperatura do gelo em f usão é zero grau (0ºC); Em seguida introduz-se, o termômetro em água em ebulição, à pressão de 1atm. No ponto em que a coluna líquida se estabilizar, marca-se cem. Dizemos que a temperatura da água em ebulição é 100 graus célsius (100ºC); Divide-se o intervalo entre 0ºC e 100ºC em 100 partes iguais estendendo-se a graduação acima de 100º e abaixo de 0ºC. Cada intervalo entre duas divisões sucessivas corresponde a uma variação de temperatura que é representada por Δ (1ºC).
Figura 1: ( a ) Ru m fo r d B en ja m in Th om p s o n (1 753 -18 14) In v en to r e físic o am eric ano, qu anti fic ou a rel ação ent re cal or e tr abalh o e fundou a Royal institution. Ele apoiou a Inglaterra durante a guerra; ( b ) J am es Pr es c o tt J o u le (18 18 -18 89 ) Fís ic o in g lês es tu d o u a natureza do calor, seu nome foi usado p ara designar a unidade de medida d e trabalho.
TERMÔMETRO Para que a temperatura possa ser considerada uma grandeza física, é necessário que saibamos medi-la, de modo que tenhamos um conceito quantitativo desta grandeza. Vamos utilizar um termômetro, que relaciona a temperatura com a altura da coluna de um líquido no interior de um tubo capilar de vidro. O líquido mais usado neste tipo de termômetro é o 80Hg. Fig ur a 3: term ômet ro s esc ala Cé lsi us . ( a ) g el o der r et en d o ; ( b ) ág u a em eb u li ção .
Figur a 2: termômetr o com um d e lí quid o (Hg ou A lcoo l).
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Escala Kelvin Proposta pelo Lord Kelvin, sendo denominada escala Kelvin ou escala absoluta. A ideia surgiu das discussões de até que temperatura pode ser alcançada por um corpo que aparentemente não tem limite, mais existe um limite para baixar a temperatura. É possível chegar até -273º C, zero absoluto. Kelvin propôs como zero de sua escala a temperatura do zero absoluto e um intervalo unitário igual ao intervalo de 1ºC. 0K= -273ºC; 1K=272ºC; 2K=271ºC; 373K= 100ºC. Designado por T a temperatura, Kelvin e por Tc e temperatura Celsius corresponde a T=Tc+273
DILATAÇÃO Um corpo aumenta seu volume quando aumentamos a sua temperatura. todos os corpos, sólidos, líquidos ou gasosos, dilatam-se quando sua temperatura aumenta.
Figura 4: ( a ) A n d er s Ce ls iu s (17 014 -17 44 ) A s tr ôno m o e fís ic o sueco, fundador do ob servatório astronômico de Uppsala em 1741, propôs os graus Celsius de temperatura. Morreu de tuberculose; ( b ) L o r d e K el v in (18 24 -19 07) Fís ic o m at em áti c o e en g en h ei r o britânico, nascido na Irlanda con hecido po r desenvolver a escala Kelvin de temp eratura absoluta.
Fig ur a 5: ilus tra a dil atação de u m s ólid o. àtem perat ur a ambi ente a esfera de ferro pas sa pelo anel. Aquecend o-se apenas a esfera, ver ifi ca-s e que ele não po der ámai s pas sar p elo anel.
Dilatação dos sólidos Ao analisar a estrutura interna de um sólido, poderemos entender por que ocorre a dilatação. Os átomos que constituem os sólidos formam uma estrutura denominada rede Cristalino do sólido. A ligação desses átomos se faz por meio de forças elétricas, que atuam como se existissem pequenas molas unindo um átomo a outro. Esses átomos estão em constante vibração em torno de uma posição média de equilíbrio. Quando a temperatura do sólido aumenta, há um aumento na agitação de seus átomos, os fazendo vibrar, afastando-se da posição de equilíbrio. As forças que se manifestam entre os átomos agem como se a mola fosse mais dura para ser comprimida do que para ser distendida. Em consequência, a distância média entre os átomos torna-se maior, ocasionando a dilatação do sólido.
Figur a 6: a ac eleração d e tem peratur a acarreta u m aument o n a dis tânci a mé dia ent re os átom os d e um sólido . Por i sso , o sólid o s e dilata. ( a ) b ai x a te m p er at u r a; ( b ) al ta te m p er at u r a.
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Dilatação linear Uma barra a certa temperatura e aquecendo-a, haverá um aumento em todas as suas dimensões lineares, isto é, aumentarão o seu cumprimento passa a ser L. uma variação de temperatura Δt= t1-t0 provocou uma dilatação Δ l1-l0 no cumprimento da barra.
Fig ur a 7: repr esen tação da d ilatação li near d e um a ferro.
Dilatação dos líquidos Os líquidos não têm forma própria assumem a forma dos recipientes que os contêm. Para eles definimos o coeficiente de dilatação volumétrica. Os líquidos se dilatam obedecendo as mesmas leis dos sólidos. Para observar-se a dilatação de um líquido, este deve estar contido num frasco, que será aquecido juntamente com o líquido. Ambos se dilataram e como a capacidade do frasco aumenta, a dilatação que observamos para o líquido será aparente. A dilatação real do líquido será maior do que a dilatação aparente observada. Esta dilatação real é igual à soma da dilatação aparente com a dilatação volumétrica do recipiente.
barr a de
Dilatação superficial e volumétrica Um sólido, à temperatura 0º, tem volume V 0 e uma das suas faces tem áreas A 0. Aquecendo o sólido de modo que sua temperatura seja 0 1 seu volume é V e a nova área da face é A. sendo ΔA a variação da área de ΔV a variação do seu volume: ΔV=V-V0; Δ A= A-A0; Δ A=β A0- Δ0; ΔV= yV0- Δ0.
Sendo = coeficiente de dilatação superficial e y= coeficiente de dilatação volumétrica, verifica-se ainda que valem as seguintes igualdades: β=2a y=3a
Fig ur a 9: di lat ação d os líqu id os .
Dilatação anômala da água A água possui um comportamento especial. Entre 0º e 4ºC o volume da água diminui com o aumento da temperatura normal, aumentando seu volume a medida que aumenta a temperatura, como a densidade é dada por d=m/v, a água tem densidade máxima (1g/cm3) a 4ºC. por esse motivo que, em países onde o inverno é rigoroso, os lagos e rios se congelam na superfície, a água de maior densidade encontra-se no fundo, a 4ºC.
Figura 10: quando um lago se congela, forma-se apenas uma cam ada de gelo em sua su perfície. abaixo d a camada enc ontr a-se a 4ºC. ( a ) g el o ; ( b ) ág u a a 4ºC.
Fig ur a 8: r epres entação d a di latação s up erfi cial de u m a plac a.
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CALORIMETRIA O calor designa a energia em transito, isto é, enquanto ela está sendo transferida de um corpo para outro, em virtude de uma diferença de temperatura. A transferência de calor de um corpo para outro causa aumento na energia de agitação de seus átomos e moléculas.
Figur a 11: calor éa energia que se trans fere de um co rpo p ara out ro em vi rtud e de uma diferença de temperatura entr e eles. ( a ) energia interna diminui; ( c ) c al o r; ( d ) en er g ia in te r n a au m en ta .
Caloria Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de 1 grama de água. Depois de estabelecer que o calor é uma forma de energia, passou a se usar o joule (J) para medir o calor. 1 cal=4,186J Capacidade térmica e calor específico Ao receber ou perder calor um corpo, pode estar dando ou perdendo energia. Mas, há outra possibilidade, ele pode estar mudando seu estado de agregação ou fase. Capacidade térmica Um corpo recebe ou perde uma quantidade de calor Q, sem mudar seu estado de agregação, neste caso ocorre uma variação de temperatura Δ0 aproximadamente proporcional a Q: Q/ Δ0= constante (C) capacidade térmica do corpo Q=Cx Δ0 Ex. Uma esfera de ferro está inicialmente à temperatura de 30ºC (T1). Ao receber uma quantidade de 600 calorias, sua temperatura passa para 34ºC (T2). Vamos calcular a capacidade térmica da esfera e qual será a variação de sua temperatura se a esfera receber uma quantidade de calor de 4800 calorias. Δ0= 34-30 = 4ºC C= 600/4 = 150cal/ºC 4800cal / 150/cal/ºC=32ºC Δ0= 34ºC
Calor específico Em corpos constituídos de um único material, a capacidade térmica é proporcional à massa do corpo. C=c-m Onde a constante de proporcionalidade c é uma característica do material. Essa constante é chamada calor específico do material. Q=C- Δ0 = c x m x Δ0 →Qx Δ0 podemos escrever: C= Q/mx Δ0 O calor específico é igual à quantidade de calor necessária para elevar 1 unidade de massa do material quando dizemos que o calor específico de determinado material é: C= 0,2 cal/gºC. Isso significa que precisamos de 0,2 calorias para elevar 1°C a temperatura de 1 grama desse material. TRANSFERÊNCIA DE CALOR Condução . (a) Uma pessoa segurando uma barra de ferro, e na outra extremidade da barra coloca-se em contato com uma chama. ( b) Os átomos desta extremidade são aquecidos pelas chamas, adquirindo mais energia de agitação. Parte da energia é transferida para as partículas da região vizinha. A esta extremidade e, a temperatura desta região houve uma transmissão de calor ao longo da barra, que continuará enquanto existir uma diferença de temperatura entre as duas extremidades.
Figur a 12: o calor s e transf ere, por c ond ução, ao long o de um sól id o a tr avé s d a ag it ação d os áto m os em cé lu las des te s ólid o.
Convecção Um recipiente, com água é colocado sobre uma chama, a camada de água do fundo do recipiente recebe calor da chama, por condução consequentemente, o volume desta camada aumenta e, sua densidade diminui. Fazendo com que se desloque para a parte superior do recipiente e seja substituída por água mais fria e mais densa, com uma circulação contínua de corrente de água mais quente para cima e mais fria para baixo.
Figura 13: num líquido, o calor se trans fere de um ponto a outro de c or rent e de co nv ecção.
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Radiação Um corpo aquecido é colocado no interior de uma campânula de vidro, onde se fez o vácuo. Um termômetro, que está no interior da campânula, acusará uma elevação de temperatura, ou seja, houve transmissão de calor através do vácuo existente entre o corpo aquecido e o exterior. Todos os corpos aquecidos emitem radiação térmica que, ao serem absorvidas por outro corpo, provocam, uma elevação de temperatura. Estas radiações são tipos de ondas eletromagnéticas, capazes de propagar no vácuo.
Fig ur a 14: o c alor se p rop aga no vácu o p or r adi ação. ( a ) v ác u o; ( b ) fo n te d e c al o r ; ( c ) r ad ia ção.
Garrafa térmica Na figura abaixo, vemos o esquema de uma garrafa térmica. A parte interna é uma garrafa de vidro (bom isolante) com paredes duplas, havendo quase vácuo entre elas. Isso dificulta a transmissão de calor por condução. As partes internas e externas da garrafa são espelhadas para evitar transmissão de calor por irradiação. A tampa deve deixar a boca da garrafa bem vedada, para evitar transmissão de calor por convecção.
ESTADO FISICO Quando um corpo recebe ou perde calor pode ocorrer uma mudança no estado de agregação. Conforme as condições em que se encontram, a substância pode apresentar-se em três estados físicos: Sólidos; Líquidos; Gasosos.
Sólido A água apresenta forma e volume constante, as entidades que formam se encontram compactados os que lhes tiram as liberdades dos movimentos. No estado sólido, os átomos das substâncias se encontram próximos uns dos outros ligados por forças elétricas relativamente grandes em virtude da forte ligação entre os átomos, os sólidos possuem algumas características, como possuem forma própria e oferecem resistência a deformação. na natureza todos os sólidos se apresentam na forma de cristais, isto é, os átomos que os constituem são organizados, numa estrutura que se repete ordenadamente ao longo do sólido chamado rede cristalina. Alguns sólidos deixam de apresentar, a regularidade dos cristais, seus átomos não estão distribuídos numa estrutura organizada, sendo chamados sólidos amorfos.
Figura 15: modelo de estrutura cristalino do clor eto de sódio.
Líquido O átomo de uma substância líquida se apresenta de forma um pouco mais dispersa. A regularidade dos cristais, seus átomos não estão distribuídos numa estrutura organizada, sendo chamados sólidos amorfos. A água apresenta volume constante e forma variável às entidades não se encontram compactadas, havendo certa liberdade de movimento. Gasoso A separação entre átomos ou moléculas de uma substância no estado gasoso é muito maior do que nos sólidos e líquidos, sendo sua força de ligação entre as moléculas nula. A água apresenta forma e volumes variáveis as entidades se encontram livres umas das outras, possuindo total liberdade de movimento. 345
Mudança de estado As substâncias no estado sólido é um conjunto de entidades unidas entre si. Bem arrumadas e com movimentos vibratórios discretos. Com o aquecimento as entidades vão conseguindo deslizar umas sobre as outras e o sólido vai derretendo, pois o aumento de energia faz com que as entidades se agitem tanto que, pouco a pouco, vão se separando umas das outras, mas sem conseguir sair do conjunto, e a substâncias no estado líquido continuando o aquecimento, as entidades possamse movimentar com tanta rapidez que muitas conseguem vencer a atração das entidades vizinhas e, assim, sai do conjunto, essa é a substância no estado gasoso. Fusão É a passagem do estado sólido para o líquido. A fusão ocorre quando a quantidade de energia transferida a um cristalina é suficiente para desfazer a rede cristalina. A força de atração entre os átomos ou moléculas, torna-se menor, fazendo com que estas partículas tenham maior liberdade de movimento. As leis da fusão são as seguintes: A uma dada pressão e temperatura na ocorre a fusão é bem determinada para cada substância; Se um sólido se encontra em sua tem de fusão, é preciso fornecer calor a ele para que ocorra a mudança de estado. A quantidade de calor que deve ser fornecida, por unidade de massa é chamada de calor latente de fusão, que é característico de cada substância; Durante a fusão, temperatura do sólido permanece constante.
Vaporização É a passagem do estado líquido para o gasoso pode ocorrer de três modos Evaporação : Vaporizações lentas, que ocorre espontaneamente à temperatura ambiente, algumas moléculas, com velocidades suficientemente elevadas, ao alcançarem a superfície, conseguem escapar do líquido. Após escaparem, estas moléculas passam a uma situação em que se encontram muito afastadas umas das outras, de modo que a força entre elas é nula; Ebulição: Vaporização que ocorre quando fornecemos calor a um líquido é rápida e violenta, as leis da ebulição são as seguintes: a) A uma dada pressão, a temperatura na qual ocorre a ebulição é bem determinada para cada substância; b) Se um liquido se encontra em seu ponto de ebulição é preciso fornecer calor a ele para que o processo seja mantido. A quantidade de calor que deve ser fornecida, por unidade de massa, é chamada calor latente de evaporação que é característico de cada substância. Calefação: Vaporização que ocorre quando se borrifa um líquido numa chapa aquecido.
Figur a 18: deve-se forn ecer 540 cal a cada g rama d e água no estado s ólido a 100ºC, para que ela se transfo rm e em vapor , ta m b é m a 1 00ºC. ( a ) ág u a 10 g r am as ; ( b ) v ap o r 10 g r am as .
Figura 16: a estrutura cr istalina de um sólido se desfaz quando se pass a para o estado líquid o: ( a ) s ól id o ; ( b ) fu s ão ; ( c ) líq ui d o.
Solidificação É a passagem do estado líquido para o sólido. Na solidificação, os processos ocorrem em sentido inverso da fusão. Se retirarmos calor de um líquido, sua temperatura diminui e, quando ela atinge certo valor, inicia-se a solidificação. Durante a solidificação, a temperatura permanece constante e devemos retirar do líquido a mesma quantidade de calor, nas unidades de massa, que fornecemos para que ocorra a fusão.
Figur a 17: deve-se retirar 80cal p or g ramas de água par a que ele se transform e em gelo. ( a ) ág u a, 0 ºC 10 g ra m as ; ( b ) ge lo 0 ºC 10 gramas.
Condensação Retirando-se calor do vapor de uma substância que esteja a uma temperatura superior ao seu ponto de ebulição, a temperatura do vapor diminuirá e, quando ela atingir o valor no qual ocorreu a ebulição, o vapor começa a se condensar. É a passagem do estado gasoso para o líquido. Condensação propriamente dita: Ocorre quando a substância no estado gasoso é o resultado de um líquido vaporizado, o retorno ao estado líquido se dá unicamente através de resfriamento. Liquefação Ocorre quando a substância, em condições ambientes, é um gás, passagem para o estado líquido deve-se comprimir o gás. Sublimação É a passagem direta do estado sólido para o gasoso e vice-versa. 346
Figur a 19: denom inação qu e recebem as pass agens d e um es tado físic o p ara ou tro . ( 1 ) s ól id o ; ( 2 ) líq u id o ; ( 3 ) g ás . ( A ) s u b li m ação; ( a ) so li di fi cação; ( b ) fu s ão ; ( c ) c o nd en s ação ; ( e ) v ap o ri za ção.
Influencia da pressão Durante uma mudança de fase, ocorre à variação do volume. Portanto, uma mudança da pressão externa altera a temperatura que ocorre a mudança de fase. A ebulição da água, por exemplo, ocorre a 100°C quando a pressão externa é 1 atm. Porém se estivermos em uma cidade acima do nível do mar, a pressão externa é menor que 1atm o que facilita a ebulição, ela ocorre em uma temperatura menor do 100°C. por outro lado, um aumento da pressão externa faz com que aumente a temperatura de ebulição.
Figur a 20: um aument o na press ão faz aumen tar o valor d a temp eratura d e fus ão d o 80 Hg. ( a ) ar c o m p r im id o ; ( b ) b om ba d e v ácu o .
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FILTRAÇÃO É uma operação comum de escoamento de fluídos através de leitos compactos. Seu objetivo é separar mecanicamente as partículas sólidas de uma suspensão líquida, com auxílio de um leito poroso, ao forçar a suspensão líquida com auxilio do leito, o sólido da suspensão fica retido sobre o meio filtrante, formando um depósito chamado de torta. O líquido que passa através do leito é chamado de Filtrado. A escolha do filtro é variável de acordo com o seguinte: Viscosidade: densidade e reatividade química do fluído; Dimensões das partículas sólidas: tendência à floculação e deformidade; Concentrações da suspensão de alimentação; Quantidade de material que deve ser operado; Valores absolutos e relativos dos produtos líquidos e sólidos; Grau de separação que se deseja realizar.
FUNCIONAMENTO DE UM FILTRO Há um suporte do meio filtrante sobre o qual vai se depositando a torta à medida que a suspensão passa através do filtro. A força propulsora varia de um modelo de filtro para outro, podendo ser: Próprio peso da suspensão; Pressão aplicada sobre o líquido; Vácuo.
Fig ur a 21: pr eparação d e um fil tro . ( a ) d o b r e o pap el fi lt ro ao m ei o ; ( b ) d o b r e n o v am en te o p ap el f il tr o ; ( c ) r as q u e u m d o s c an o s d o papel n um a linha p aralela à segu nda do bra; ( d ) ab r a o p ap el n a metade inteira para formar um a dobra; ( d ) ab r a o pa p el na m et ad e interna para formar um con e; ( e ) aj u s te o c o n e fi r m em en te no fu n il ; ( ) f u m ed eça o p ap el e b at a p ar a fi x á-l o n o lu g ar .
Força centrífuga Os poros do meio filtrante não precisam ser menores do que o tamanho das partículas. De fato, os canais do meio filtrante são tortuosos, irregulares mesmo que seu diâmetro seja maior que o das partículas, quando a operação começa, algumas partículas ficam retidas por aderência e tem início à formação da torta, que é o verdadeiro leito poroso promotor da separação. Coadjuvante de filtração Esses auxiliares são usados para acelerar a filtração ou possibilitar a coleta mais completa das partículas mais finas da suspensão, Os coadjuvantes são sólidos finamente divididos com estruturas rígidas, que formam tortas abertas. Sua outra, função é ser auxiliar de filtração e diminuir a compressibilidade da torta. Tipos de tortas Suas características variam de uma operação para outra. Sólidos cristalinos formam tortas abertas que facilitam o escoamento do filtrado. De modo geral o tipo de torta depende da: Natureza do sólido; Granulometria; Forma das partículas; Modo de filtração; Grau de heterogeneidade do sólido. Uma torta com uma dada espessura oferece uma resistência bem definida ao escoamento de filtrado. Quando aumenta a vazão do filtrado aumenta, também a resistência. E como o escoamento no interior da torta é laminar, a queda da pressão deve ser proporcional à velocidade. Uma torta compressível comporta-se como uma esponja, oferecendo maior resistência ao escoamento de líquidos pelo seu interior porque os canais fechamse, alguns deixam de existir. A torta é compressível quando a resistência é específica, ou a permeabilidade, e função da diferença de pressão através da mesma. Com relação à compressibilidade esta pode ser dividida em: Reversibilidade: quando a torta é elástica; Irreversível: quando a torta não é elástica. A reversibilidade da torta está relacionada à elasticidade das partículas, enquanto na torta filtrante inelástica a maior resistência ao escoamento se deve ao maior grau de empacotamento das partículas formadoras da torta filtrante.
Figura 22: ( a ) s ól id o ; ( b ) s u p o r te ; ( c ) b é q u er ; ( d ) s o lu ção filtrada.
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Aplicações Clarificação: Remoção de partículas que aumentam a turbidez ou coloração da solução. Cristalização: Remoção de líquidos contaminantes. Purificação: No caso de medicamentos utilizados sob forma de soluções e que devam ter como características serem límpidos e, transparentes. Determinantes do tipo de filtração: É determinado pela quantidade de materiais, concentração, rendimento, propriedade física do fluido, propriedade físico químico da partícula e custos. Mecanismos de filtração A filtração de um material ocorre porque existem duas forças atuando: a ação que promove a pressão e a resistência a esta pressão pela membrana filtrante (o filtro, que com o passar do tempo vai sendo somada a espessura da "torta", até que em um dado momento, este processo para). Enquanto a diferencia de pressão entre a pressão exercida pelo meio filtrante for positiva, a filtração irá ocorrer. A condição ideal para a filtração é promover o aumento da pressão e a redução da resistência do meio filtrante. A velocidade de escoamento através de um meio é relacionado através da relação escoamento= f/R: F é representado pela diferença de pressão e r é a resistência oferecida à filtração que pode ser em decorrência da viscosidade do filtrado ou da resistência oferecida pelo filtro e pelo resíduo e até a área filtrante.
meio filtrante. Esse aumento cria uma ΔP maior
e implicará em um aumento de vazão; Muito adjuvante: A espessura do meio filtrante tem um limite, que pode implicar em um aumento de vazão. Sendo assim, se apenas aumentando a espessura do meio filtrante sem mais tempo para percorrer o sistema, uma vez
que já atingiu a ΔP máxima possível.
Processo de filtração Podem ser classificadas em dois tipos de processos: Descontínuo; Contínuo.
Descontínuo O processo é interrompido periodicamente, porém, a vazão de alimentação é constante. É utilizado, em filtração rápida, líquido viscoso, sólidos finos, remoção de pequenas quantidades de sólidos. Os tipos de filtros mais comuns são a prensa e folha. Contínuo A suspensão a ser filtrada é injetada no sistema continuamente. Existem dois modelos de filtração contínua: Filtros espessadores: São semelhantes ao filtro prensa. É utilizado em casos de suspensões mais diluídas, de forma a obter no final uma suspensão mais espessa; Filtros a vácuo: São os discos, tambores e rolos rotativos, podem ser verticais e horizontais. Sua característica é que a suspensão passa através de um meio filtrante móvel para que a torta se deposite. A pressão do trabalho é baixa.
Ultrafiltração É um procedimento de separação a nível molecular. O mecanismo de separação dos elementos macromoleculares do leite por ultra – filtração. Figur a 23: ( a ) al i m en ta ção ; ( b ) s u s p en s ão ; ( c ) to r ta ou b o lo ; ( d ) meio filtrante; ( e ) fi lo tr ad o .
Adjuvante de filtração A pressão inversamente proporcional à resistência do resíduo sólido. Pressão é proporcional a razão, viscosidade e espessura do resíduo. A quantidade de adjuvante será determinada pela torta formada sobre o meio filtrante. Então, se o resíduo formar uma torta permeável, a resistência resultante será elevada. Para contornar esse problema usam-se materiais porosos os sobre o meio filtrante a fim de garantir certa permeabilidade ao sistema de filtração, o sistema adjuvante de filtração. A quantidade de adjuvante influencia na vazão resultante. Pouco adjuvante: Irá funcionar como um filtro de profundidade, aumentando a espessura do
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Processo de filtração com membrana Corpos existentes no leite de elevado peso molecular : caseína, albumina, globulina, vitaminas, fermentos, glóbulos de gordura. Corpos existentes no leite de baixo peso molecular : água, sais minerais, lactose, aminoácidos. Só atravessarão a membrana os elementos com diâmetro inferior ao diâmetro dos poros. Como a porosidade mínima das membranas de ultrafiltração admite partículas com peso molecular em torno de 500 Daltons, os glicídios simples saem de ácidos orgânicos e inorgânicos e água atravessam a membrana. Quando a porosidade for superior, pode-se encontrar no permeado alguns elementos de peso molecular mais elevado, tais como os peptídeos e vitaminas hidrossolúveis.
DENSIDADE Escala É a relação entre a massa de uma substância e o A gravidade específica é na prática determinada volume que ela ocupa. O valor da densidade de por hidrômetros. Os hidrômetros são dispositivos uma substância está relacionado à compreensão e bem simples e baseados no princípio de empacotamento dos átomos e moléculas. Ex.: Arquimedes, eles consistem de um bulbo de vidro, Quanto maior for a compressão sobre um objeto, contendo uma quantidade bem determinada de maior será a sua densidade. algum material denso (chumbo), provido de uma Simbologia: A densidade de uma dada substância haste, totalmente fechada, dentro da qual há uma costuma ser indicada pelo símbolo dt onde t é a escala. A gravidade específica é medida quando o temperatura na qual a densidade foi determinada. hidrômetro é mergulhado no líquido, cuja gravidade Geralmente a densidade de líquidos é determinada específica se deseja determinar, e alguma das através de picnômetros, recipientes construídos marcas da escala na haste coincidem com o nível para permitirem a determinação do peso de um do líquido no qual o hidrômetro está imersa. É volume conhecido de líquido. aquele dispositivo que está colocado em um recipiente ao lado da bomba de álcool nos postos Densidade absoluta de abastecimento de gasolina. Este tipo de medida É definida como a propriedade da matéria é muito fácil de se fazer e rápida mas não tem muita correspondente à massa, por volume é a medida precisão pois os hidrômetros são calibrados para feita no vácuo, eliminando o efeito do empuxo do ar, uma única temperatura de referência e apresentam enquanto a densidade aparente é feita na presença uma grande variedade de escalas. do ar. Na indústria quando o funcionário coloca o hidrômetro no liquido cuja gravidade específica ele Densidade relativa quer medir, geralmente ele diz que está "tirando a É a razão entre as densidades absolutas de duas densidade" utilizando um densímetro. É comum substâncias, onde normalmente a água é utilizada ouvir dizer, quando se prepara uma solução, que como substância padrão,pela conveniência de sua "deu o Baumé", ou seja, as concentrações dos densidade (1,00g/cm^2). componentes da solução estão corretas pois a densidade é a desejada. Densidade absoluta e aparente Densidade verdadeira ou absoluta é a medida feita no vácuo, portanto, eliminando o efeito do empuxo do ar, enquanto a densidade aparente é feita na presença do ar. A diferença é desprezível. O termo "densidade aparente" também é utilizado quando se expressa à densidade de certa quantidade de partículas. Se certa massa de areia é colocada em uma proveta, à relação entre esta massa e o volume lido também é chamada de densidade aparente, pois é a densidade que "aparenta" ter areia. Não é a densidade real da substância areia, pois se conta no volume o ar contido nos espaços vazios entre os grãos de areia. Gravidade específica (densidade relativa) É a relação entre a massa da substância e a massa de igual volume de água, a uma temperatura padrão. Esta medida é um legado da Antiguidade, mas é muito prática. Representa-se pelo símbolo, onde o expoente é a temperatura da substância e o índice a temperatura padrão da substância de referência. Assim representa a densidade de uma substância a 20°C em relação à água a 20°C. O sistema inglês utiliza a temperatura de 60F. Um caso especial é o da densidade relativa, que é a gravidade específica relativa à água a 4°C ( a densidade da água nesta temperatura é de 0,999973 g/cm3, que é o seu valor máximo). Assim, para gases costuma-se tomar como padrão o ar a 0°C e a 1atm de pressão. A gravidade específica pode ser medida através da balança de Westphal ou através dos hidrômetros. 350
VISCOSIDADE É uma grandeza física frequentemente associada as propriedades dinâmicas dos fluídos, nos quais se incluem gases, vapores, líquidos, material plásticos. A viscosidade é uma característica de fluído que depende da temperatura, mas não dependente de sua constituição, a viscosidade dos diferentes materiais fluídos é usada como parâmetro, e assim é de interesse tanto em ambiente cientifico como tecnológicos. Fluídos de comportamento simples são denominados fluídos Newtoniano. Imagine um fluído escoando por um tubo cilíndrico como se fosse constituída camadas (como camadas de cebolas) em cada camada a velocidade é constante, mas varia de camada para camada. No limite de muitas camadas finas, digamos Δr, um fluído Newtoniano satisfaz a seguinte relação linear. Ʈ = n ∆v/∆r
Onde ∆v/∆r é o gradiente radial da viscosidade do
fluido, isto é a razão da variação da velocidade de Δv que se observa quando se muda de uma distância r do centro do tubo cilíndrico para um ponto vizinho em r+Δr, pela variação da distância Δr. I símbolo n representa a viscosidade do fluido
em questões, e Ʈ é a tensão de cisalhamento que é a pela força aplicada, tangencialmente à superfície do fluido por área.
Determinação O escoamento do fluido se denomina escoamento laminar, como demonstrado na figura, a velocidade de escoamento do fluido é máximo no centro do tubo e descreve radialmente segundo uma parábola, alcançando velocidade nula na parede do tubo, sobestas condições, a vazão Q de um fluido com viscosidade n ao longo do tubo de raio r. Viscosidade relativa Considere agora medidas consecutivos das viscosidades de dois fluido distintos, 1 e 2. Estabelecemos que a mesma quantidade Lv de fluido sejam medidas nos dois experimentos. Se a força que move o fluido for devida a ação da gravidade, a variação de pressão se Δp depende
somente da altura H entre o nível superior e inferiores do bojo superior.
Tensão superficial Nos líquidos, as forças intermoleculares atrativos são responsáveis pelos fenômenos de capilaridade. Essas forças também são responsáveis pelos fenômenos de capilaridade. Essas forças também são responsáveis pelos fenômenos de superfície, por exemplo, o andar dos insetos sobre a superfície livre de água e a flutuação de uma agulha de aço. 351
Consideramos um líquido em equilíbrio com seu vapor. A resultante das forças atrativas sobre uma molécula qualquer no interior do líquido é, em média, nula porque as demais moléculas estão igualmente distribuídas em todas as direções. Contudo, não é nula a resultante das forças atrativos sobre uma molécula que se encontram a uma distância da superfície do líquido menos do que o alcance nuclear. Isto acontece porque o hemisfério de raio d acima dela. A resultante das forças atrativas tem nódulo máximo quando a molécula está na superfície livre do líquido. Desse modo, existe uma forte tendência de as moléculas que se encontram dentro de uma camada superficial de espessura do líquido tende a se contrair espontaneamente nesta direção.
Tensoativos A água não molha muito, em superfície onde é aplicada. Isso pode ser observado quando enchemos um recipiente e o esvaziamos. O recipiente fica umedecido de forma irregular, apresentando áreas secas e áreas úmidas. Para aumentar sua eficiência na remoção de mancha e sujeiras, podemos adicionar a ela compostos que diminuem sua tensão superficial, favorecendo seu espalhamento e promovendo um contato mais intimo com a superfíciea ser limpa. Esses compostos são os principais componentes dos detergentes. Os tensoativos têm moléculas com cabeça polar e cauda apolar. A cabeça polar é hidrofílica, tem afinidade com as moléculas de água. A cauda apolar é hidrofóbica, tem pouca ou nenhuma afinidade com as moléculas de água. Como exemplo, vamos analisar as distribuições de suas moléculas numa solução aquosa. No equilíbrio, as moléculas do tensoativos tendema se concentrar na superfície livre de água, com as cabeças hidrofílicas voltadas para o interior do líquido e as caudas hidrofóbicas voltadas para o exterior. Sendo assim, quanto maior a quantidade de tensoativos, mais afastadas fica umas das outras, em média, as moléculas de água na superfície livre e, portanto, menores devem ser as intensidades das forças de tensão superficial. Adicionando mais tensoativos, a superfície livre da água atinge a saturação. Nesse ponto,as intensidades das forças de tensão superficial atingem seus valores mínimos. A partir daí acontece a formação de Micelas. Nas micelas, caudas hidrofóbicas se voltam para dentro e as cabeças hidrofílicas, para fora, ficando em contado as moléculas de água. Assim, as partículas de graxa são afastadas da superfície que sujavam e podem ser removidas pela água corrente.
REOLOGIA É o estudo do comportamento deformacional e do fluxo de matéria submetida a tensões, sobre determinadas condições termodinâmicas ao longo de intervalo de tempo nele inclui propriedades como elasticidade, viscosidade e plasticidade.
Independentes do tempo Suas propriedades independem do tempo de aplicação da tensão de cisalhamento. Pseudoplástico São substâncias, que apresentam suas moléculas em um estado desordenado, e quando submetidas a uma tensão de cisalhamento, suas moléculas tendem a se orientar na direção da força aplicada.
Viscosidade É a medida de resistência interna ou fricção interna de uma substância ou fluxo, quando submetida a uma tensão. Quanto mais viscosa a massa mais difícil é de escoar e maior o seu Dilatantes coeficiente de viscosidade. Apresentam u aumento de viscosidade aparente Viscoelasticidade: Os líquidos viscosos não com a tensão de cisalhamento. possuem forma geométrica definida e escoam Plástico de Bingham quando submetidos a forças externas. Apresentam uma relação linear entre a tensão de Fluido cisalhamento e a taxa de deformação, a partir do É uma substância que se deforma continuamente momento em que atinge uma tensão de quando sujeito à ação de força. Os fluidos reis cisalhamento inicial. permitem uma resistência a deformação ou ao escoamento quando submetidos a uma Herschel-Bulkley determinada tensão. Também necessita de uma tensão inicial para começar a escoar mas, a relação entre a tensão de Deformação e gradiente de velocidade cisalhamento e a taxa de deformação não e linear. Um fluido contido entre duas placas paralelas, de Dependente de tempo área A, separadas por uma distância Y, uma força F é aplicada na parte superior, movimentando a uma velocidade ii constante em relação a placa inferior, Tixotrópicos que é mantida fixa. Esta força F dá origem a uma Tem sua viscosidade diminuída com o tempo de força de mesma intensidade, porém em sentido aplicação da tensão de cisalhamento, voltando a contrário a força de cisalhamento que é devido as ficar mais viscoso quando esta cessa. forças de coesão do fluido com as paredes da placa Soluções proteicas. e entre as camadas de fluido em caso de regime Petróleo cru. laminar. Reopéticos Classificação Apresenta um comportamento inverso ao Quanto à deformação os fluidos podem ser tixotrópico sua viscosidade aumenta com o tempo classificados em: de aplicação da tensão, retornando à viscosidade Reversível ou elástico: São sistemas que inicial quando está força cessa. Argila bentonita. não escoam; Irreversível ou viscoso, sua deformação é irreversível. Quando à relação entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento.
Fluídos newtonianos Sua viscosidade é constante, seguem a lei de Newton: Água; Leite; Óleos vegetais.
Fluidos não-newtonianos A relação entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento não é constante.
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