Relatório Difusão - LADEQ

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE 
JANEIRO 
Escola de Química 
 
 
 
 
 
 
 
 
Laboratório de Engenharia Química 
Prática de Difusão 
 
Prof. Marcio Nele 
 
 
 
 
 
Grupo 2: 
Eduardo Leme DRE 117063557 
Gustavo Bretas DRE 116195018 
Raquel Fortes DRE 116144407 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro, 06 de outubro de 2021 
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1. Introdução 
A transferência de massa é o processo de transporte no qual há a migração de uma ou 
mais espécies químicas em um dado meio, podendo esse ser sólido, líquido ou gasoso. O 
transporte das espécies químicas pode ser feito por dois mecanismos: difusão e/ou convecção. A 
difusão deve-se à diferença de potenciais químicos das espécies, ou seja, à diferença de 
concentrações entre dois locais num dado sistema. A convecção deve-se às condições de 
escoamento de um sistema, por exemplo, líquido em movimento sobre uma placa. 
No experimento realizado em casa, foi utilizado um copo preenchido com água até uma 
certa altura. Com o passar do tempo, a altura de líquido no copo tende a diminuir e a partir desse 
fato, as novas alturas foram medidas. Tal redução do nível de água é caracterizada pela 
transferência de massa ocorrendo entre a água do copo e o ar presente no ambiente em volta. 
Logo, a partir das medidas de altura da coluna de líquido, tempo entre as alturas e características 
inerentes à água, o objetivo deste experimento é medir a difusividade do líquido em questão: a 
água. A imagem a seguir ilustra o copo utilizado para o experimento: 
 
Figura 1 – Um dos recipientes utilizados para o experimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Determinação do coeficiente de difusão experimental 
A partir da modelagem do processo, considerando transferência de massa por difusão e 
convecção, partiu-se da primeira lei de fick descrita por: 
 
No qual, 
Índice A: Substância de interesse (água) 
Índice B: A outra espécie na qual a substância A irá se difundir (Ar atmosférico) 
DAB: Coeficiente de difusão 
CA: Concentração do componente A 
 
 Aplicando-se as premissas do processo, e desenvolvendo o equacionamento resultante, 
encontra-se 
 
 
Na qual, 
L: A distância da borda do copo até a interface do líquido 
L0: Altura inicial de líquido, isto é, o ponto inicial da interface 
C: é a concentração do componente A 
PMA: Peso molecular do componente A 
Xae: Concentração do componente A no exterior 
Xai: Concentração do componente A na interface do líquido 
t: Tempo obtido em intervalos constantes de 12 em 12 horas 
 
A partir dos dados tabelados abaixo, foi possível plotar os respectivos gráficos de 
𝐿2−𝐿0
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 em função do tempo e, pelo coeficiente angular da equação da reta de cada aluno, foi 
possível determinar o coeficiente de difusividades DAB, conforme disposto abaixo. 
 
Tabela 1- Dados de tempo (t) e altura (L) do menisco. 
Gustavo Raquel Eduardo 
Tempo 
(h) 
Altura 
(m) 
Tempo 
(h) 
Altura 
(m) 
Tempo 
(h) 
Altura 
(m) 
0,0 0,080 0,0 0,110 0,0 0,040 
12,0 0,080 12,0 0,112 12,0 0,040 
24,0 0,080 24,0 0,114 24,0 0,042 
36,0 0,082 36,0 0,114 36,0 0,043 
48,0 0,082 48,0 0,115 48,0 0,043 
60,0 0,083 60,0 0,117 60,0 0,045 
72,0 0,084 72,0 0,118 72,0 0,047 
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84,0 0,084 84,0 0,120 84,0 0,047 
96,0 0,085 96,0 0,120 96,0 0,048 
108,0 0,087 108,0 0,121 108,0 0,052 
120,0 0,087 120,0 0,124 120,0 0,052 
132,0 0,088 132,0 0,127 132,0 0,053 
144,0 0,088 144,0 0,130 144,0 0,056 
156,0 0,092 156,0 0,130 156,0 0,056 
168,0 0,092 168,0 0,133 168,0 0,057 
180,0 0,092 180,0 0,134 180,0 0,059 
192,0 0,093 192,0 0,135 192,0 0,060 
 
 
Gráfico 1- Gráfico de 
𝐿2−𝐿0
2
2
 em função do tempo. 
 
 
 
Ao qual, 𝐶 =
𝑃
𝑅𝑇
 
Onde P é a pressão no sistema, R a constante dos gases ideais e T a temperatura no sistema, 
temos: P = 1 atm; R = 0,082 atm l/mol K; T = 307 K. Obtemos C = 40,77 mol/m³ 
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Para os cálculos da fração do componente na interface aplicou-se a equação abaixo, sendo 
Psat igual a 3169Pa obtido na literatura. Sendo Xai = 0,0313762. 
 
Calculando-se então os coeficientes de difusão que estão tabelados abaixo. 
Tabela 2- Valores finais de difusividade encontrada para a prática em estudo. 
Aluno Difusividade (cm²/s) 
Gustavo 1,93 
Raquel 0,74 
Eduardo 0,64 
 
3. Conclusão 
Baseando-se nos dados experimentais foi possível obter três valores de coeficiente de 
difusividade: 1,93 cm²/s, 0,74 cm²/s e 0,64 cm²/s. A partir dos gráficos plotados e análise 
dos coeficientes de difusividade de cada aluno, foram observadas algumas variações. Isso 
pode ser consequência da variação da temperatura do ambiente, bem como da umidade 
do ar em que o experimento foi realizado. Esses dois fatores, por exemplo, influenciam 
nos resultados das medidas feitas, uma vez que a difusão se dará de forma mais lenta se 
a temperatura do ambiente estiver mais amena e, também, se a umidade do ar estiver 
alta. Da mesma forma, em um ambiente com a temperatura mais elevada, maior 
incidência solar e umidade do ar mais baixa, o valor obtido do coeficiente de difusividade 
será maior. Além disso, existem outros possíveis fatores de influência, como erros 
atrelados a leitura das movimentações dos meniscos e considerações do sistema, como 
pseudo-estacionário e fluxo apenas na direção vertical. 
Por fim, os dados encontrados para a difusividade do teste da aluna Raquel e do 
aluno Eduardo foram próximos ao valor divulgado pela empresa “The Engeneering Tool 
Box”, onde o valor de difusividade da água, em cm²/s, foi de 0,242 para uma temperatura 
de 20℃ e pressão atmosférica, parâmetros similares aos utilizados durante o nosso 
experimento. O resultado encontrado está numa ordem de grandeza similar ao 
encontrado no nosso teste, que, com as possíveis imprecisões associadas a ele justificam 
essa leve variação no valor. 
 
 
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4. Referências Bibliografias 
 
• Engineering tool box. Disponível em <https://www.engineeringtoolbox.com/>. Acesso 
em 06 de setembro de 2021. 
• CORRÊA, FELIPE. Fenômenos de transporte: Transferência de massa. PUC. Goiás. 
• Air - Diffusion Coefficients of Gases in Excess of Air. Disponível em: 
https://www.engineeringtoolbox.com/air-diffusion-coefficient-gas-mixture-
temperature-d_2010.htm l Acesso em 06 de setembro de 2021. 
• Tabela de propriedades da água: 
https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/8554681/00000000/Tabelasdeproprie
dadestermodinamicas(agua).pdf Acesso em 06 de setembro de 2021. 
 
https://www.engineeringtoolbox.com/air-diffusion-coefficient-gas-mixture-temperature-d_2010.html