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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 I (2024/01) – Equações da Continuidade em Transferência de Massa</p><p>1 – Obtenha a expressão da distribuição de fração molar do dióxido de carbono que difunde em uma</p><p>película estagnada de ar seco de 1 cm de profundidade a 1 atm e 25oC. Essa película está em um capilar, o</p><p>qual contém ácido sulfúrico. O CO2 é absorvido instantaneamente ao atingir o líquido. A concentração de</p><p>CO2 na boca do capilar é 1% em mol. Determine o fluxo global molar de CO2 absorvido na interface gás-</p><p>líquido, dado que DAB = 0,159cm2/s. (R: 6,54 x 10-8 mols/cm2 s)</p><p>2 – Monóxido de carbono difunde através de uma película de ar estagnado de 0,04 cm de espessura em</p><p>direção a uma corrente de ácido sulfúrico, onde é instantaneamente absorvido. Se a fração molar do CO</p><p>no lado oposto ao H2SO4 é 0,03, obtenha expressões para o seu fluxo molar e distribuição da fração</p><p>molar.</p><p>3 – Uma folha resistente à água usada para aplicações à prova d’água é formada com um material</p><p>polimérico impermeável. A microestrutura da folha é manipulada para fornecer poros abertos de diâmetro</p><p>D = 10 µm que se estendem por toda a espessura da folha, que é igual a L = 100 µm. O diâmetro do poro</p><p>é grande o suficiente para permitir que o vapor d’água seja transferido através do poro, mas é</p><p>suficientemente pequeno para proibir que água líquida penetre na folha. Determine a taxa na qual o vapor</p><p>d’água é transferido através de um único poro, quando líquido saturado está presente na superfície</p><p>superior da folha e ar úmido, a uma umidade relativa de 50%, está em contato com a superfície inferior da</p><p>folha. Calcule a taxa de transferência a uma temperatura T = 298 K e a uma pressão de 1 atm. Compare a</p><p>taxa de transferência à que é prevista desprezando-se o movimento molar médio da mistura no poro. (R:</p><p>13,4 x 10-15 kmol/s e 13 x 10-15 kmol/s).</p><p>4 – Um equipamento de laboratório para medir coeficientes de difusão de misturas vapor-gás,</p><p>denominado de Tubo de Stefan, é constituído por uma coluna vertical, com diâmetro pequeno, na qual há</p><p>uma fase líquida que evapora para um gás escoando sobre a boca da coluna. A vazão do gás é suficiente</p><p>para manter uma concentração do vapor desprezível no plano de saída. A coluna tem L= 150 mm de</p><p>altura, medida a partir da superfície líquida, conforme a figura, e a temperatura e a pressão na câmara são</p><p>mantidas a 320 K e 0,25 atm, respectivamente. Com o objetivo de calibração, foi solicitado a você que</p><p>calculasse a taxa de evaporação esperada (kg/(h m2)) em um teste com água e ar sob as condições</p><p>especificadas, usando o valor conhecido de DAB (1,157 x 10-4 m2/s) para a mistura vapor-ar. (R: 0,257 kg/h</p><p>m2).</p><p>5 – Uma panela aberta com 0,2 m de diâmetro e 80 mm de altura (acima da água a 27oC) está exposta ao</p><p>ar ambiente a 27oC e com 25% de umidade relativa. Determine a taxa de evaporação, admitindo que</p><p>ocorra somente difusão mássica. Determine a taxa de evaporação considerando também o movimento</p><p>global. (R: 1,102 x 10-5 mol/s e 1,127 x 10-5 mol/s).</p><p>6 – Um Tubo de Stefan de 3 cm de diâmetro é usado para medir o coeficiente de difusão binário de vapor</p><p>de água no ar a 20oC, a uma altitude de 1600 metros, em que a pressão atmosférica é 83,5 kPa. O tubo é</p><p>parcialmente preenchido com água, e a distância entre a superfície da água e a extremidade aberta do tubo</p><p>é 40 cm. Ar seco é soprado sobre a extremidade aberta do tubo, de forma que o vapor de água que sobe</p><p>até o topo seja removido imediatamente e a concentração de vapor na parte superior do tubo seja zero. Em</p><p>15 dias de operação contínua a pressão e temperatura constantes, a quantidade de água evaporada é</p><p>medida como sendo 1,23 g. Determine o coeficiente de difusão do vapor de água a 20oC e 83,5 kPa. (R:</p><p>3,06 x 10-5 m2/s).</p><p>7 – Certo gás A é dissolvido em um líquido B contido em uma proveta. Na medida em que A se difunde,</p><p>ele sofre reação química irreversível na forma A + B → L, até desaparecer completamente depois de</p><p>penetrar a uma distância δ da interface gás-líquido. Considerando: a) a cinética de reação é de ordem zero</p><p>com respeito a A ou jA = - k, como é o caso da oxidação na fase líquida de hidrocarbonetos por oxigênio e</p><p>ar; b) reação química lenta; c) a concentração do gás A dissolvido é pequena se comparada à do liquido</p><p>B; d) o produto da reação L é altamente solúvel no liquido, o que o leva a não influenciar a difusão do</p><p>soluto A; obtenha expressões para:</p><p>a) A distribuição de concentração molar de A;</p><p>b) O fluxo global molar de A na interface gás-líquido;</p><p>8 – Certo gás A é dissolvido em um líquido B contido em uma proveta. Na medida em que A difunde ele</p><p>sofre reação química irreversível na forma A + B → D, até desaparecer completamente depois de penetrar</p><p>a uma distância L da interface gás/líquido. Considerando: (a) a cinética da reação é de ordem zero com</p><p>respeito a A ou RA = -k0, como é o caso da oxidação na fase líquida de hidrocarbonetos por oxigênio e ar;</p><p>(b) reação química lenta; (c) a concentração do gás A dissolvido é pequena se comparada à do líquido B;</p><p>(d) o produto D da reação é altamente solúvel no líquido, o que o leva a não influenciar a difusão do</p><p>soluto A. Obtenha expressões para:</p><p>a) A distribuição da concentração molar de A entre z = 0 e z = L;</p><p>b) O fluxo global molar de A na interface gás-líquido.</p><p>9 - Considere o problema da transferência de oxigênio da cavidade interior do pulmão, atravessando o</p><p>tecido pulmonar, para a rede de vasos sanguíneos no lado oposto. O tecido pulmonar (espécie B) pode ser</p><p>aproximado por uma parede plana com espessura L. Pode-se considerar que o processo de inalação é</p><p>capaz de manter uma concentração molar constante (CA0) de oxigênio (espécie A) na superfície interna do</p><p>tecido (x = 0) e que a assimilação do oxigênio pelo sangue é capaz de manter uma concentração molar</p><p>constante CAL de oxigênio na superfície externa do tecido (x = L). Há consumo de oxigênio no tecido</p><p>devido aos processos metabólicos e a reação é de ordem zero, com RRAA == --kk00. Obtenha uma expressão para</p><p>a distribuição das concentrações de oxigênio ao longo da espessura do tecido. Para isso, liste todas as</p><p>hipóteses simplificadoras pertinentes. Determine a taxa de assimilação do oxigênio (consumo de</p><p>oxigênio) pelo sangue por unidade de área superficial do tecido.</p><p>10 - Considere um organismo cilíndrico de raio r0 no interior do qual ocorre respiração a uma taxa</p><p>volumétrica uniforme RA = -k0. Isto é, o consumo de oxigênio (espécie A) é governado por uma reação</p><p>química homogênea de ordem zero.</p><p>a) Se uma concentração molar de CA(r0) = CA0 for mantida na superfície do organismo, obtenha uma</p><p>expressão para a distribuição radial do oxigênio, CA(r), no interior do organismo;</p><p>b) Obtenha uma expressão para a taxa de consumo de oxigênio no interior do organismo;</p><p>c) Considere um organismo de raio r0 = 0,10mm e um coeficiente de difusão para a transferência do</p><p>oxigênio de DAB = 10-8 m2/s. Sendo CA,0 = 5 x 10-5 kmol/m3 e</p><p>k0 = 1,2 x 10-4 kmol/(s m3), qual é a concentração molar do O2 no centro do organismo?.</p><p>11 – Considere um organismo esférico de raio r0 no interior do qual ocorre respiração a uma taxa</p><p>volumétrica uniforme RA = -k0. Isto é, o consumo de oxigênio (espécie A) é governado por uma reação</p><p>química homogênea de ordem zero.</p><p>a) Se uma concentração molar de CA(r0) = CA0 for mantida na superfície do organismo, obtenha</p><p>uma expressão para a distribuição radial do oxigênio, CA(r), no interior do organismo;</p><p>b) Obtenha uma expressão para a taxa de consumo de oxigênio no interior do organismo; (R: 4/3 x</p><p>π r0</p><p>3 x k0).</p><p>c) Considere um organismo de raio r0 = 0,10mm e um coeficiente de difusão para a transferência</p><p>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),</p><p>qual é a concentração</p><p>molar do O2 no centro do organismo? (R: 3 x 10-5 Kmol/m3).</p>