8a_LISTA_EXERCICIO

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8ª LISTA EXERCÍCIO 
Transferência de Massa 
T.M. Unidimensional com reação Reação Química
Um reator de carvão está sendo proposto como uma nova planta de energia. Se o reator opera a 1145 K e a pressão atmosférica (1,013 . 105 Pa), o processo é controlado pela difusão de oxigênio, que migra em sentido contrário ao CO2 formado na superfície. Assuma que o carvão é puro carbono, com a massa específica de 1280 kg/m3 e que a partícula é esférica com diâmetro inicial de 1,5 10-4 m. Ar puro (21% de O2 e 79% de N2) existe há vários diâmetros da partícula. Sob condições do processo de combustão, a difusividade de O2 na mistura gasosa é de 1,3 10-4 cm2/s. Assumindo conds. pseudo-estacionárias, determine o tempo necessário para reduzir o diâmetro da superfície de carbono à 5 . 10-5 m. Massa molar do carvão é 12g/mol. R=8,314 Pa.m³/mol.K
Resp = 0,92s
Considere a seguinte reação química: C(s) + O2(g) CO2(g)
Um gás A é dissolvido em líquido B contido em uma proveta de 10 mm de espessura. Ao se difundir, o gás sofre uma reação química de ordem zero irreversível. Obtenha a concentração molar de A em um ponto situado na metade da espessura do filme. Sabe-se que CA0 = 0,4 kmol/m3 e que para este caso, DAB = 1,5.10-8 m2/s e k0 = 1,2.10-4 mol/(m3.s). Resp = 0,4 Kmol/m³
Um gás A é dissolvido em um filme líquido B com espessura de 0,45 mm cuja extremidade oposta é impermeável ao gás A. Ao se difundir, o gás sofre uma reação química de primeira ordem irreversível. Obtenha a concentração molar de A na extremidade do filme e o fluxo molar de A através da interface gás-líquido. Sabe-se que CA0 = 0,03 kmol/m3 e que para este caso, DAB = 6,8.10-8 cm2/s e k1 = 0,085s-1. Resp = CA = 0,0266 kmol/m3 ; NA,x = 1,06.10-6 kmol/m2s.
Como funcionário da Comissão de Qualidade do Ar, lhe foi solicitado o desenvolvimento de um modelo para calcular a distribuição de NO2 na atmosfera. O fluxo molar do NO2 no nível do solo NA,0, é considerado conhecido. Esse fluxo é atribuído às emissões dos automóveis e das chaminés das indústrias. Sabe-se também que a concentração de NO2 a uma distância bem acima do nível do solo é nula e que o NO2 reage quimicamente na atmosfera. Em particular, o NO2 reage com hidrocarbonetos não queimados (em um processo que é ativado pela luz do sol) para produzir PAN (nitrato de peroxiacetila), o produto final da névoa fotoquímica. A reação é de primeira ordem.
a) Supondo condições de regime estacionário e uma atmosfera estagnada, obtenha uma expressão para a distribuição vertical CA (x) das concentrações molares do NO2 na atmosfera. Resp = CA = (NA,0/(m DAB)).e-mx 
b) Se uma pressão parcial de NO2 de PA = 2.10-6 bar é suficiente para causar complicações pulmonares, qual é o valor do fluxo molar no nível do solo para o qual você emitiria um aviso de alerta? Você pode admitir uma atmosfera isotérmica a 300K, um coeficiente de reação k1 = 0,03s-1, um coeficiente de difusão do NO2 no ar, DAB = 0,15.10-4 m2/s. Dado R = 0,08314 m3bar/kmol.K. Resp = 5,38.10-11 kmol/m2s
Considere o problema da transferência de oxigênio da cavidade interior do pulmão, atravessando o tecido pulmonar, para a rede de vasos sanguíneos do 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 CA (0) 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 CA (L) na superfície externa do tecido (x = L). Há consumo de oxigênio no tecido devido aos processos metabólicos e a reação é de ordem zero. Obtenha expressões para a distribuição das concentrações de oxigênio no tecido e para a taxa de assimilação do oxigênio pelo sangue por unidade de área superficial do tecido. 
EXEMPLOS/EXERCÍCIOS RESOLVIDOS EM SALA
Um reator de carvão está sendo proposto como uma nova planta de energia. Se o reator opera a 1145 K, o processo é controlado pela difusão de oxigênio, que migra em sentido contrário ao CO formado na superfície. Assuma que o carvão é puro carbono, com a massa específica de 1280 kg/m3 e que a partícula é esférica com diâmetro inicial de 1,5 10-4 m. 	Ar puro existe há vários diâmetros da partícula. Sob condições do processo de combustão, a difusividade de O2 na mistura gasosa é de 1,3 10-4 cm2/s. Assumindo conds. pseudo-estacionárias, determine o tempo necessário para reduzir o diâmetro da superfície de carbono à 5 . 10-5 m.
Considere a seguinte reação química: 2C(s) + O2(g) 2CO(g)
Um pequeno cristal de iodo em forma esférica está exposto em um ambiente com ar estagnado sofrendo sublimação em um processo lento controlado pela difusão. Calcule a difusividade mássica experimental do iodo no ar considerando-se que leva 48 h para reduzir o diâmetro do cristal de 4 mm para 1,8 mm em um ambiente a 309K e P = 1 atm (101 kPa). Sabe-se que sob estas condições, a pressão de vapor do iodo é de 101 Pa, a sua massa específica é 4,94 g/cm3 e o peso molecular 127 g/mol, R = 82,0562 atm.cm3/(mol.K).
Um gás A é dissolvido em líquido B contido em uma proveta. Ao se difundir, o gás sofre uma reação química de ordem zero irreversível até desaparecer completamente quando atinge 5 mm abaixo da interface gás-líquido. Obtenha a concentração molar de A em pontos situados a 2 e 4 mm abaixo da interface gás-líquido. Sabe-se que CA0 = 0,2 kmol/m3 e que para este caso, DAB = 1,5.10-8 m2/s e k0 = 1,2.10-4 kmol/(m3.s).
Biofilmes, que são colônias de bactérias que podem aderir a superfícies vivas ou inertes, podem causar uma ampla série de infecções humanas. Infecções causadas por bactérias que vivem no interior de biofilmes são frequentemente crônicas, pois antibióticos que são aplicados na superfície de um biofilme têm dificuldade de penetração através da espessura do filme. Considere um biofilme que está associado a uma infecção cutânea. Um antibiótico (espécie A) é aplicado na camada superior de um biofilme (espécie B) de tal forma que uma concentração fixa do medicamento, CAo=4,0.10-3 kmol/m³ está presente na superfície superior do biofilme.
O coeficiente de difusão do medicamento no interior do filme é DAB = 2.10-12 m²/s. O antibiótico é consumido por reações bioquímicas no interior do filme e a taxa de consumo depende da concentração local do medicamento, na forma NA= - k1.CA, onde k1 = 0,1s-1
Para eliminar a bactéria, o antibiótico tem de ser consumido a uma taxa de, no mínimo, 0,2.10-3 kmol/s (NA ≤ - 0,2 .10-3 kmol/s.m³) pois, em taxas absolutas de consumo menores, a bactéria será capaz de crescer mais rápido do que ela é destruída.
Determine a espessura máxima do biofilme, L, que pode ser tratada com sucesso pelo antibiótico.
Um gás A é dissolvido em um filme líquido B de grande espessura. Ao se difundir, o gás sofre uma reação química de primeira ordem irreversível. Sabe-se que CA0 = 0,12 kmol/m3 e que para este caso, DAB = 2,6.10-8 m2/s e k1 = 0,12s-1). Obtenha a concentração molar de A em um ponto situado a 0,3mm e outro a 0,7mm da entrada do gás no filme. Calcule também o fluxo mássico de A através da interface gás-líquido. Sabe-se que a massa molar do gás é de 32g/mol.