Bocais e difusores

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Termodinâmica

Bocais e Difusores
São normalmente utilizados em motores a jato, foguetes, ônibus espaciais e até mesmo mangueiras de jardim.

Um bocal é um dispositivo que aumenta a velocidade de um fluido à custa da pressão, ou seja, se a velocidade aumenta a pressão estática diminui.

Um difusor é um dispositivo que aumenta a pressão estática de um fluido quando a velocidade diminui,ou seja, quando o fluido desacelera.

A taxa de transferência de calor entre o fluido que escoa em um bocal ou um difusor e sua vizinhança é geralmente muito pequena, e, portanto desprezível, assim como uma eventual variação na energia potencial. Também não envolvem trabalho, e com isso a equação de energia para esses dispositivos fica:

0=QVC-WVC+mhe +Ve22+gze-mhs+ Vs22+gzsQVC-WVC=mhs-he+Vs2-Ve22+gzs-ze

0-0=mhs-he+Vs2-Ve22+0

0m=hs-he+Vs2-Ve22

0=hs-he+Vs2-Ve22

h=u+p.v se me= ms →ve=vs→ue=us
Fica claro que a energia do escoamento nos bocais e difusores dependem da velocidade e da pressão do escoamento

Turbinas e Compressores

Turbinas são dispositivos que retiram energia de escoamento de um fluido transformando em trabalho.

Já os compressores, assimcomo as bombas e os ventiladores, são utilizados para aumentar a pressão do fluido, porém diferem nas tarefas executadas. Ventilador aumenta a ligeiramente a pressão de um gás, compressor é capaz de aumentar bastante a pressão de um gás e bombas funcionam de forma parecida a um compressor, mas para líquidos.

Para todos os casos a transferência de calor é desprezível, bem como a variação nasenergias cinética e potencial. Com isso a equação de energia pode ser representada como:
0=QVC-WVC+mhe +Ve22+gze-mhs+ Vs22+gzs

QVC-WVC=mhs-he+Vs2-Ve22+gzs-ze

0-WVC=mhs-he+0+0

WVC=m(he-hs)

Válvulas de Estrangulamento
É qualquer dispositivo que restringem o escoamento e causam uma queda significativa de pressão do fluido. Porém, essa queda de pressão não envolve nenhum trabalho, mas simatravés de uma grande queda de temperatura.

Considerando-se um balanço de energia, em regime permanente, por unidade de massa, para o volume de controle detalhado na figura, tem-se:

1. Não há interação de energia, com a vizinhança, sob as formas de calor ou de trabalho:
1q2 = 0 e 1w2 = 0;
Então:

2. Desprezando-se a diferença em relação ao nível de referência: Z1=Z2 a Equação pode serescrita como:

Em geral, as parcelas relativas à energia cinética, representam uma parte muito pequena da energia envolvida no processo de estrangulamento, e desta forma, a Equação toma a forma final:
isoentalpico

O escoamento através de um estrangulamento pode ser considerado adiabático e isentrópico, e as variações da energia cinética e potencial, desprezíveis. Com tudo isso, podemosrepresentar a equação da energia nesses dispositivos como:

Isoentalpico

Câmara de Mistura e Trocadores de Calor

Câmara de mistura é onde ocorre a mistura de duas correntes de fluidos. Em geral são isoladas não promovendo troca de energia térmica e não envolve trabalho. Como as variações da energia cinética e potencial são desprezíveis a equação de conservação da energia torna-se análoga àequação de conservação da massa.

0=Q-W+meue+ Ve22+gze-msus+ Vs22+gzs

W+ msus+ Vs22+gzs=Q+meue+ Ve22+gze

0+ msus+0+0=0+meue+ 0+0

ms.us=me.ue

Já os trocadores de calor são dispositivos onde duas correntes trocam calor sem se misturarem.

Não envolvem interações de trabalho e as variações das energias cinética e potencial são desprezíveis, reduzindo a equação da energia para:0=QVC-WVC+mehe +Ve22+gze-mshs+ Vs22+gzs

0=QVC-0+mehe +0+0-mshs+ 0+0

0=QVCeme.he-sms.hs

Exercício 1) Duas tubulações distintas com diâmetros internos de 0,050 m (d1) e 0,076 m (d2) transportam água a 25°C a 2 e 3 m/s, respectivamente (Figura). Sabendo que essas tubulações convergem para um “tê” misturador conectado a uma tubulação de saída de 0,127 m de diâmetro (d3), calcule a velocidade...
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