CALCULUL UNEI INSTALAȚII DE TRANSPORT PNEUMATIC AL FLUIDELOR BIFAZICE GAZ - SOLID

Cap I. 1. Dinamica fluidelor bifazice gaz-solid.

TRANSPORTUL FLUIDELOR

În marea majoritate a cazurilor transportul fluidelor este preferat transportului solidelor. Astfel, este preferat transportul soluţiei în locul transportului separat al componentelor acesteia.

De multe ori, materialele solide sunt transportate prin antrenarea lor cu un fluid:

– transportul pneumatic al materialelor solide pulverulente (cereale, făinuri etc.),

– transportul hidraulic al unor materii prime ale industriei alimentare (sfeclă, cartofi, tomate, fructe etc.), concomitent cu spălarea acestora.

În instalaţiile de proces ale industriilor alimentare se transportă numeroase fluide cu proprietăţi foarte diverse.

Fluidele se deplasează prin:

– conducte,

– canale,

– aparate şi reactoare

sub acţiunea unei energii primite din exterior,

în cazul lichidelor – sub acţiunea energiei potenţiale create de o diferenţă de nivel.

Utilajele care servesc la transferul energiei de la o sursă exterioară la un fluid poartă denumirea generică de:

– pompe (dacă fluidul este un lichid),

– compresoare (dacă fluidul este un gaz).

Denumirea de pompe de vid este dată utilajelor care servesc la realizarea unei depresiuni sau la evacuarea unui recipient.

Pentru a provoca deplasarea (curgerea) fluidelor există mai multe posibilităţi, şi anume:

1. prin acţiunea unei forţe centrifuge;

2. prin deplasarea unui volum de fluid: fie pe cale mecanică, fie prin intermediul altui fluid;

3. printr un impuls mecanic;

4. prin transfer de impuls de la alt fluid;

5. prin acţiunea unui câmp magnetic;

6. prin acţiunea forţelor gravitaţionale.

Pe baza acestor metode de principiu sunt construite toate echipamentele destinate transportului fluidelor.

ADEZIUNEA este fenomenul prin care, datorită forţelor intermoleculare, pe conturul unui corp solid cu care un fluid vine în contact, se formează un strat foarte subţire de fluid care se mişcă solidar cu conturul solid considerat.

În consecinţă, stratul de fluid aflat în contact nemijlocit cu o suprafaţă solidă are aceeaşi viteză cu viteza acesteia.

Fenomenul de adeziune a fost verificat pentru fluidele newtoniene.

În cazul fluidelor nenewtoniene se constată o alunecare a elementelor de fluid de-a lungul suprafeţei solide.

TENSIUNEA SUPERFICIALĂ

- suprafaţa de contact între două fluide nemiscibile tinde să ia o formă a cărei arie este minimă

- Fenomenul este rezultatul forţelor de coeziune (forţe moleculare de atracţie)

Fig. 1

În cazul redat în fig.1 a, forţele exercitate de moleculele aflate în sfera de acţiune moleculară sunt simetrice, iar rezultanta lor este nulă.

În cazul redat în fig.1 b, rezultanta R a forţelor de coeziune este nenulă şi orientată înspre interiorul lichidului, acţionând ca o compresiune.

Forţele de coeziune F tangente la suprafaţa liberă dau naştere unor eforturi pe această suprafaţă.

În cazul unui lichid izotrop şi omogen se poate defini în fiecare punct al suprafeţei libere o tensiune superficială (tensiune interfacială – dacă este vorba de suprafaţa de contact a două lichide nemiscibile):

Formula dimensională a tensiunii superficiale este:

Tensiunea superficială se exprimă în kg/s2 sau N/m.

Tensiunea superficială se manifestă şi în punctele comune ale suprafeţei de contact care separă două lichide nemiscibile şi un gaz (fig.2 a), sau un gaz, un lichid şi o suprafaţă solidă (fig. 2 b şi c).

Fig. 2

Manifestarea tensiunii superficiale în punctele de contact l1-l2-g (a) şi l-g-s (b şi c). Valoarea tensiunii superficiale depinde de natura fluidelor în contact şi de temperatură. Tensiunea superficială scade cu creşterea temperaturii. Pentru acelaşi lichid în contact cu gaze diferite, tensiunea superficială variază puţin cu natura gazului.

Tensiunea superficială influenţează dimensiunile şi forma picăturilor de lichid şi natura curgerii bifazice lichid gaz. Lichidele pot încorpora, datorită fenomenului de absorbţie, o parte din gazele cu care vin în contact. Conform legii lui Henry, cantitatea de gaz absorbită este direct proporţională cu presiunea parţială a gazului, aceasta scăzând la creşterea temperaturii.

Procesul invers absorbţiei, desorbţia, are loc la scăderea presiunii în sistem sau la creşterea temperaturii lichidului. Dacă presiunea scade sub valoarea presiunii de vapori a lichidului, corespunzătoare temperaturii la care se află acesta, apar în lichid bule de gaz, provenite pe de o parte din desorbţia gazelor dizolvate şi pe de altă parte prin vaporizarea lichidului. Fenomenul de apariţie şi dezvoltare a bulelor de gaz în masa de lichid poartă denumirea de cavitaţie.

Dinamica fluidelor studiază mişcarea acestora în raport cu un sistem de referinţă. În general, în timpul mişcării, un fluid nu se deplasează ca un tot unitar, straturile de fluid alunecă unele faţă de altele, adică lichidul curge.