Fenomenele de transfer ti transport

2. GENETALITATI

Fenomenele de transfer ti transport sunt schimbari ale valorii marimilor ce caracterizeaza un system fiyic. Evolutia unui sistem este rezultatul unor procese in care apar transportul, transferal sau transformarea unor materiale.

Proprietatea, P, in acceptiunea fenomenelor de transport si de transfer, [1],este entitatea, marimea sau ansamblul de marimi care face obiectul transportului sau transferului. Ea se particularizeaza prin marimi fizice cum ar fii concentratii, cantitati de caldura, cantitati de material, sarcina elecrtica, informatie, impuls, cantitate de electricitate. Pentru ingineria mediului sunt

fundamentale urmatoarele tipuri de proprietate :

impuls, P =m w, [kg m/s], ce caracterizeaza cantitatea de miscare sau de moment de inertie si are caracter vectorial ; m= cantitate de material, [kg], w=viteza acestuia , [m/s] ;

caldura, P= m c T, [J] ; ce arata cantitatea de energie a materialului ;

m= cantitatea de material, [kg], c - caldura specifica, [J/kg sK];

T- temperature, [°K];

- masa, P =n; [numar de moli]; P =c ; [kg/m³] ; [kmol/kg] ; [kmol/m³] ;

P =m ; [kg] ; care arata gradul de incarcare a spatiului cu alte specii moleculare.

Mediul de transport este spatiul in care actioneaza transportatorii pentru deplasarea proprietatii. Acesta prin caracteristicile fizico-chimice influenteaza modul de propagare a proprietatilor, tipul de evolutie al tzransportului si viteza acestuia. Mediul de transport poate fi omogen sau heterogen, format din una sau mai multe faze sau componenti, imobil sau in miscare, solid sau fluid, structurat sau amorf. Una din caracteristicile de baza a mediului de transport este difuzivitatea sa, D, [m²/s],marimea ce reprezinta permeabilitatea mediului la proprietatea transportata si este principiul factor care impune viteza transportului. In functie de comportarea difuzivitatii mediul poate fi izotrop sau anizotrop, dupa cum difuzivitatea este uniforma pe cele trei directii ale spatiului sau nu. D este o proprietate de material. Pentru transportul de impuls, caldura si masa parametrul ce reprezinta difuzivitatea D este diferit.

Pentru transportul de impuls, D se numeste viscozitate si se noteaza cu v:

= viscozitatea dinamica, [Pa s]; ρ= densitatea, [kg/m³],

pentru transportul de caldura este specifica difuzivitatea termica ce se noteaza cu "a" :

Referat: Solutii ideale si solutii reale Referat: Acid acetic, formic, propionic, palmitic - formule la chimie

λ - coeficientul de conductivitate termica, [W/m sK] ;

c - caldura specifica a materialului, [J/kg sK];

ρ - densitatea materialului, [kg/m³],

pentru transportul de masa difuzivitatea se noteaza cu D, marimea care se numeste coeficient de difuzivitate, difuziune, bimoleculara, [m²/s], D = D.

Potentialul proprietatii transportate, P, exprima concentratia sau densitatea proprietatii in spatiu la un moment dat, este cantitatea de proprietate din volumul spatiului, o marime scalara dependenta de coordonatele spatiale ai timp:

P = P/V         respectiv P = f(x,y,z,t).

Particularizand pentru transportul de impuls, caldura si masa, potentialul proprietatii transportate ajung la urmatoarele expresiimatematice:

pentru impuls:

P = P/V = m w / V = w ; [kg/m² s] ;

pentru transportul de impuls:

P = P/ V = (mc T)/V= c T;[J/m³],

- pentru transportul de masa :

P = P/ V = n/V = m/V = ρ = c; [kg/m³], [mol/m³], [mol/mol], [kg/kg].

Diferenta de potential, ∆P, constituie forta motrice a transportului si este data de diferenta dintre potentialele punctelor 1 si 2 intre care de executa transportul :

∆P = P1- P2

Transportul depinde exclusiv de existenta unei diferente de potential, sensul normal al transportului fiind de la punctul cu potential mai mare inspre punctul cu potential redus. Sensul invers al transportului necesita interventie energetica exterioara.

Gradientul de potential este limita raportului dintre diferenta de potential si distanta dintre punctele de transport, cand aceasta tinde spre 0 :

grad P= lim (∆P/∆n) = P/n; n fiind distanta

pe directia normala a transportului.

Fluxul unitar, Ψ, de proprietate este cantitatea de proprietate transportata in unitatea de timp prin unitatea de suprafata. Se mai numeste densitate de flux, incarcare sau flux specific. Din definitia de mai sus rezulta dependenta dintre debitul de proprietate, φ si fluxul unitar.

φ=ΨA ;

in care A este suprafata de transport perpendiculara pe directia de propagare, [m²]. Debitul de proprietate se mai numeste flux de proprietate si exprima intensitatea transportului reprezentand cantitatea de proprietate transportata in unitatea de timp. Fluxul si fluxul unitar sunt marimi vectoriale normale la suprafata echipotentiale si de semn contrar gradientului de potential. In notatie scalara:

Ψ= -D (P/n),

coeficientul de difuzivitate aratand influenta mediului de transport, semnul "-" indica directia transportului si anume in sensul scaderii potentialului.

Transportatorii, transportorii sau purtatorii de proprietate sunt elemente mobile materiale care constituie suportul pe care se deplaseara proprietatea. Acestia incarca, transporta si descarca proprietatea din partea cu potentialul mai mare in cea cu potential mai scazut. Pentru transportul de impuls, caldura si masa transportatorii sunt de tip:

-molecular, caand transportorii sunt constituiti din ioni, molecule, atomi, electroni;

-convectiv, adica farmati din asociatii si agregate moleculare, turbioane, vartejuri;

-radiant, cand purtatorii sunt fotoni, cuante energetice, molecule, ioni, electroni in gaze rarefiate.

Mecanismele de transport sunt procesele globale ce realizeaza deplasarea proprietatii, ele fiind denumite dupa tipul de transportatori utilizati si anume:

-transport molecular, (conductiv sau difuzional) daca purtatorii sunt de tip molecular. Acesta se realizeaza prin preluarea din aproape in aproape a proprietatii de la purtatorii mai "incarcati" si transferarea ei inspre transportatorii mai "saraci" in proprietate . Caracteristica acestui tip de transport este ca purtatorii nu-si modifica pozitia relativa dintre ei, tranbordarea proprietatii fiind realizata prin ciocnirile dintre purtatori. Drumul parcurs de acestia este foarte scurt, miscarea de vibratii este principala cale de preluare- preadre a proprietatii. Lipsa de miscare generala a purtatorilor face ca directia de transport sa fie liniara. Mecanismul este specific mediilor condensate, in special solide, dar si in mediile fluide in care nu exista agitate. In fluide agitate mecanismul se regaseste numai in (sub) straturile limita laminare. Datorita lipsei de deplasare fizica si amestecare globala intre purtatori, intensitatea procesului este redusa si depinde exclusiv de caracteristicile fizico-chimice ale mediului, influentele exterioare fiind neglijabile si greu de realizat practic.

-transport convectiv daca purtatorii sunt de tip convectiv. In acest caz purtatorii sunt de marimi