Lista de Exercícios 3

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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE</p><p>ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS</p><p>DISCIPLINA DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE III</p><p>Lista de Exercícios III (2024/01) – Transferência de Massa: Condições de Contorno e</p><p>Concentrações Descontínuas em Interfaces</p><p>1 – Hidrogênio gasoso é mantido a pressões de 3 bar e 1 bar nos lados opostos de uma membrana plástica</p><p>com 0,3 mm de espessura. A temperatura é de 25oC e o coeficiente de difusão binária do hidrogênio no</p><p>plástico é igual a 8,7 x 10-8 m2/s. A solubilidade do hidrogênio na membrana é de 1,5 x 10-3 kmol/(m3</p><p>bar). Qual é o fluxo mássico difusivo de hidrogênio através da membrana? (R: 1,74 x 10-6 kg/s m2).</p><p>2 – Oxigênio gasoso é mantido a pressões de 2 bar e 1 bar nos lados opostos de uma membrana de</p><p>borracha, que possui uma espessura de 0,5mm, e o sistema inteiro encontra-se a 25oC. Qual é o fluxo</p><p>difusivo molar do O2 através da membrana? Quais são as concentrações molares do O2 em ambos os</p><p>lados da membrana (do lado de fora da borracha)? Dados: R = 0,08314 (m3 bar/kmol K); DAB do O2 na</p><p>borracha a 298 K:0,21 x 10-9 m2/s; solubilidade do O2 na borracha a 298 K: 3,12 x 10-3 kmol/m3bar. (R:</p><p>1,31 x 10-9 kmol/s m2, 0,0807 kmol/m3, 0,0404 kmol/m3).</p><p>3 – Hidrogênio a uma pressão de 2 atm escoa no interior de um tubo com 40 mm de diâmetro e espessura</p><p>de parede de 0,5 mm. A superfície externa está exposta a uma corrente de gás na qual a pressão parcial do</p><p>hidrogênio é de 0,1 atm. A difusividade mássica e a solubilidade do hidrogênio no material do tubo são</p><p>1,8 x 10-11 m2/s e 160 kmol/(m3atm), respectivamente. Quando o sistema se encontra a 500 K, qual é a</p><p>taxa de transferência de hidrogênio através da parede do tubo por unidade de comprimento do tubo? (R:</p><p>1,39 x 10-6 kmol/s).</p><p>4 – Gás Hélio a 25oC e 4 bar está contido no interior de um cilindro de vidro com 100 mm de diâmetro</p><p>interno e parede com 5 mm de espessura. Qual é a taxa de perda de massa de Hélio no vaso? Dados: DAB</p><p>do He em vidro (SiO2) a 298 K = 0,4 x 10-13 m2/s; Solubilidade do He no vidro a 298 K: 0,45 x 10-3</p><p>kmol/m3bar. (R: 1,9 x 10-14 kg/s).</p><p>5 – Gás Hélio a 25oC e 4 bar está contido no interior de um vaso esférico Pyrex com 200 mm de diâmetro</p><p>interno e parede com 10 mm de espessura. Qual é a taxa de perda de massa de Hélio no vaso? Dados: DAB</p><p>do He em Pyrex a 298 K = 0,4 x 10-13 m2/s; Solubilidade do He no Pyrex a 298 K: 0,45 x 10-3</p><p>kmol/m3bar. (R: 4 x 10-15 kg/s).</p><p>6 – Isolamentos térmicos degradam-se (passam por um aumento de sua condutividade térmica) se forem</p><p>submetidos à condensação de vapor d’água. O problema pode ocorrer com isolamentos domésticos</p><p>durante períodos frios, quando o vapor de uma sala umidificada se difunde através da parede seca</p><p>(reboco) e condensa no isolamento adjacente. Estime a taxa de difusão mássica em uma parede com 3 m</p><p>por 5 m, sob condições nas quais a pressão do vapor é de 0,03 bar no ar da sala e de 0,0 bar no</p><p>isolamento. A parede seca possui 10 mm de espessura e a solubilidade do vapor d’água no reboco é de</p><p>aproximadamente 5 x 10-3 kmol/(m3 bar). O coeficiente de difusão binária do vapor d´agua na parede seca</p><p>é de aproximadamente 10-9 m2/s. (R: 4,05 x 10-9 kg/s).</p><p>7 – Gás Hélio está armazenado a 20oC em um vaso esférico feito com sílica fundida (SiO2), que possui</p><p>um diâmetro de 0,2 m e uma espessura de parede de 2 mm. Se o vaso é carregado até uma pressão inicial</p><p>de 4 bar, qual é a taxa na qual essa pressão diminui com o tempo? (R: -2,63 x 10-8 bar/s).</p>