PRÁTICA 10

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

PRÁTICA 10
DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DIFUSÃO
Arnaldo Barbosa de Oliveira
Brenda Karolina
Eduardo Pracucio
Jorge Zahr
Mariane Tavares Fagundes
1. INTRODUÇÃO
Considere um recipiente contendo um líquido (A), acima da coluna de líquido, uma coluna de gás (B). Um esquema do sistema mencionado está na Figura 1.
1. INTRODUÇÃO
Vapor de A fluirá na direção da coluna de gás, devido à diferença de concentração de A entre as duas colunas. Experimentalmente, é possível verificar que o fluxo de A é maior quando:
 I) o gás B apresentar menor concentração do líquido A; 
II) a distância L entre a interface líquido/gás e o ponto de análise for menor; pois quanto mais próximo da interface, maior a concentração de A
1. INTRODUÇÃO
A Difusividade Mássica é uma grandeza que depende da natureza química e da concentração das espécies envolvidas, da temperatura e pressão do sistema. Seu valor está disponível na literatura para alguns casos e quando não disponível, pode ser estimado por meio de correlações matemáticas apropriadas ou determinado experimentalmente. O sinal negativo da Primeira Lei de Fick indica que na medida em que a distância da interface aumenta, a concentração de A diminui. Na natureza, nem sempre a massa é difundida em apenas uma direção, caracterizando, em muitos casos, um sistema tridimensional de difusão. A Difusividade Mássica é mensurada em m2 /s no sistema internacional de unidades e está associada à capacidade com que determinada espécie química se difunde em determinado meio. A difusão de determinada espécie química é maior em gases que em líquidos. Por sua vez, a difusão em líquidos é maior se comparada àquela ocorrida em sólidos. 
1. INTRODUÇÃO
A Equação da Continuidade para o Soluto A é representada pela Equação 4.
sendo nA o fluxo mássico do componente A, ρA a concentração mássica de A e rA a massa gerada ou consumida no volume de controle. O fluxo mássico de A pode ser definido através da Segunda Lei de Fick, Equação 5, sendo nB o fluxo mássico do componente B. 
1. INTRODUÇÃO
Analisando o sistema da Figura 1, a distância no tempo inicial, L(t0), entre a extremidade superior do recipiente e a interface líquido-gás, aumenta na medida em que o tempo decorre, devido à difusão de A na mistura AB; essa distância, L(t), é, portanto variável e dependente do tempo, como mostra a Figura 2. Na Figura 2 observa-se também a passagem de corrente gasosa de B na extremidade superior do recipiente, nessa condição, garante-se que a concentração de A é nula nessa posição do sistema, condição de contorno utilizada a seguir, para resolver a Equação da Continuidade para o Soluto A. Esse sistema mencionado, que apresenta um recipiente contendo uma coluna de líquido A; acima dessa coluna de A, uma coluna de gás B e uma corrente gasosa de B escoando na extremidade superior do recipiente, é conhecido como Célula de Stefan.
1. INTRODUÇÃO
Considerando a Equação da Continuidade para o Soluto A (Equação 4) para o sistema apresentado na Figura 2, adota-se as seguintes simplificações: 
I) sistema binário, constituído pelos componentes A e B;
II) sistema não reativo: A e B não se decompõem nem formam produtos; 
III) propriedades uniformes: massa específica do líquido puro A, do gás puro B e a difusividade mássica DAB constantes; 
IV) problema unidirecional: fluxo mássico apenas na direção z; 
V) regime pseudo-estacionário, regime quasi-permanente; os fluxos de A e B não variam com a posição z, mas a posição da interface líquido-gás é variável. 
1. INTRODUÇÃO
1. INTRODUÇÃO
Os vários pontos L(t) são normalmente tratados em termos da relação L(t)2 versus t, que é linear, y=ax+b, como mostrado na Equação 14. 
2. OBJETIVO 
Determinar experimentalmente o Coeficiente de Difusão DAB, relativo à difusão do componente A (procedente de uma substância líquida pura em evaporação) em mistura gasosa AB, B sendo o ar, em condições de regime quasi-permanente. 
3. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
Proveta de vidro de volume 25 ml; 
 éter de petróleo; 
 ventilador; 
 cronômetro; 
paquímetro. 
4. METODOLOGIA
1) Preencher a proveta com éter de petróleo, até o volume total de 25 ml. O éter de petróleo é o líquido cujo vapor é objeto de difusão na mistura éter de petróleo-ar. 
2) Ligar o ventilador direcionado para a proveta. 
3) Após um tempo de espera, para que o sistema atinja o regime quasipermanente, inicia-se a contagem do tempo anotando-se de 5 em 5 minutos a posição L(t), até 40 minutos. 
4) Após cada período de 5 minutos marque a posição do menisco com caneta. Ao final de 40 minutos, meça como o auxílio de um paquímetro as distâncias L(t). 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Tabela 1- Resultados experimentais para determinação do coeficiente de difusão de éter de petróleo na mistura éter de petróleo/ ar.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
1) Considere os seguintes parâmetros para estimativa de DAB: massa específica do éter de petróleo a 25°C (ρliq) 650 kg/m3 ; massa molar do éter de petróleo (MA) 88g/mol; pressão ambiente (P) 0,91 atm; constante universal dos gases (R) 8,31 J/molK; temperatura ambiente (T) 25°C; pressão de saturação do éter de petróleo (PA sat) 0,052 atm. Realize a regressão linear dos dados de L(t)2 versus t, conforme a Equação 13, em um gráfico. Determine o coeficiente angular da reta e encontre o valor da difusividade mássica segundo a Equação 15. Atenção para o uso de unidades de medida compatíveis na realização dos cálculos.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
2) O que aconteceria se ao invés de realizarmos o experimento a temperatura ambiente de 25°C, realizássemos o mesmo experimento a temperatura ambiente de 35°C? O valor de DAB encontrado seria diferente? Explique a variação de DAB com a temperatura.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
3) A difusividade mássica da água em mistura água-ar a 25°C e pressão ambiente (0,91 atm) é de aproximadamente 0,26 cm2 /s. Comente e explique a diferença entre os valores de difusividade mássica da água e do éter de petróleo a 25°C e pressão ambiente. 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
6. Conclusão
Conclui-se que com a obtenção dos dados L(t) foi possível o cálculo do coeficiente angular através da regressão linear , e com isso achou-se o coeficiente de difusão do éter de petróleo.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] BENNETT, C. O.; MYERS, J. E. Fenômenos de transporte: quantidade de movimento, calor e massa. São Paulo: McGraw-Hill, 1978. 812 p.
[2] INCROPERA, F. P. et al. Fundamentos de transferência de calor e de massa. Rio de Janeiro: LTC, 2011. 643 p.