Transferência de Massa e Oxigênio

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE 
ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS 
DISCIPLINA DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE III 
 
Segunda Avaliação de Fenômenos de Transporte III – 2021/02 
 
1 – Desengraxantes a vapor, como o mostrado na figura, são amplamente usados para a 
limpeza de peças de metal. Um solvente líquido repousa no fundo do tanque 
desengordurante. Um sistema de aquecimento imerso no solvente vaporiza uma pequena 
porção do solvente e mantém uma temperatura constante, de forma que o solvente exerça 
uma pressão de vapor constante. As peças previamente resfriadas a serem limpas são 
suspensas na zona de vapor do solvente onde a concentração de vapor do solvente é mais 
alta. O solvente condensa nestas partes, dissolve a graxa, e então pinga de volta para o 
tanque, e assim limpa as partes da peça. Desengraxantes a vapor são muitas vezes 
deixados abertos para a atmosfera para facilitar o mergulho e a remoção das peças e 
porque cobri-los pode resultar na formação de uma atmosfera explosiva. Quando o 
desengraxante não é usado, difusão molecular do vapor do solvente através do ar 
estagnante dentro do espaço acima da superfície do líquido pode resultar em significante 
emissão do solvente, porque a atmosfera a seu redor serve como um reservatório infinito 
para o processo de transferência de massa. Quando a quantidade de solvente no tanque 
desengraxante é grande relativamente à quantidade de vapor emitido, um processo de 
difusão em estado estacionário com um fluxo de difusão constante se mantém desde a 
superfície líquida até a extremidade superior. Um tanque desengordurante cilíndrico com 
um diâmetro de 2 m e uma altura total de 5 m está em operação, e a altura do nível do 
solvente é mantida constante a 0,2 m. A temperatura do solvente e da parte interior do 
desengraxante é mantida constante em 35oC. O solvente utilizado é o tricloroetano (TCE). 
As normas de operação de desengraxantes requerem que o equipamento não libere mais 
do que 1 kg do solvente por dia. A taxa de emissão estimada do desengraxante excede 
este limite? O TCE tem uma massa molecular de 131,4 g/mol e uma pressão de vapor de 
115,5 mmHg a 35oC. O coeficiente de difusão binário do TCE no ar é de 0,088 cm2/s 
determinado a 350C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 - Considere o problema da transferência de oxigênio da cavidade interior do pulmão, 
atravessando o tecido pulmonar, para a rede de vasos sanguíneos no lado oposto. O tecido 
pulmonar (espécie B) pode ser aproximado por uma parede plana com espessura L. Pode-
se considerar que o processo de inalação é capaz de manter uma concentração molar 
constante (CA0) de oxigênio (espécie A) na superfície interna do tecido (x = 0) e que a 
assimilação do oxigênio pelo sangue é capaz de manter uma concentração molar 
constante CAL de oxigênio na superfície externa do tecido (x = L). Há consumo de 
oxigênio no tecido devido aos processos metabólicos e a reação é de ordem zero, com RA 
= -k0. Obtenha uma expressão para a distribuição das concentrações de oxigênio ao longo 
da espessura do tecido. Para isso, liste todas as hipóteses simplificadoras pertinentes. 
Determine também uma expressão para a taxa de assimilação do oxigênio (consumo de 
oxigênio) pelo sangue por unidade de área superficial do tecido. 
 
 
 
 
3 - Considere um organismo cilíndrico de raio r0 no interior do qual ocorre respiração a 
uma taxa volumétrica uniforme RA = -k0. Isto é, o consumo de oxigênio (espécie A) é 
governado por uma reação química homogênea de ordem zero. 
a) Se uma concentração molar de CA(r0) = CA0 for mantida na superfície do 
organismo, obtenha uma expressão para a distribuição radial do oxigênio, CA(r), 
no interior do organismo; 
b) Obtenha uma expressão para a taxa de consumo de oxigênio no interior do 
organismo; 
c) Considere um organismo de raio r0 = 0,10mm e um coeficiente de difusão para a 
transferência do oxigênio de DAB = 10-8 m2/s. Sendo CA,0 = 5 x 10-5 kmol/m3 e 
k0 = 1,2 x 10-4 kmol/(s m3), qual é a concentração molar do O2 no centro do 
organismo?.