2ª Lista de Exercícios Difusividade de Gases

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CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
TRANSFERÊNCIA DE MASSA – 2ª LISTA DE EXERCÍCIOS 
Parte de Cálculos 
1) Calcule o valor das seguintes difusividades de gases: 
a) Dióxido de carbono/ar a 310 K e 1,5x105 Pa; 
b) Monóxido de carbono/ar a 298 K e 1,0x105 Pa; 
c) Tetracloreto de carbono/ar a 298 K e 1,013x105 Pa; 
d) Dióxido de enxofre (SO2)/ar a 300 K e 1,5x10
5 Pa. 
Utilize a equação de Chapman-Enskog. 
2) Determine a difusividade do metano no ar utilizando (a) a equação de Chapman-
Enskog e (b) a equação de Wilke para uma mistura gasosa, considerando o ar 
composto por 79% de N2 e 21% de O2 em volume. Considere o ar a 100 ºC e 1,5 
atm. 
 
3) Bolas de naftalina são frequentemente feitas de Naftaleno. Após sublimação, o 
naftaleno se difunde no ar que o envolve. Estime a difusividade do naftaleno no 
ar a 1 atm e 70 ºF usando a equação de Chapman-Enskog. Compare o valor 
experimental reportado de 0,0611 cm²/s com o valor encontrado na equação de 
Chapman-Enskog. As propriedades críticas do naftaleno são: 
 
Vc = 3,1847 ml/g 
Tc = 469 ºC 
Pc = 29,792 torr 
 
A massa molar do naftaleno é 128,17 g/mol. 
 
4) Uma torre de absorção foi proposta para remover seletivamente dois poluentes, 
sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre, de uma corrente gasosa contendo 2% 
de H2S, 4% de SO2 e o restante de ar (percentuais molares). Estime a 
difusividade de: 
a) Dióxido de enxofre no ar; 
b) Sulfeto de hidrogênio no ar; 
c) Sulfeto de hidrogênio na mistura gasosa; 
d) Dióxido de enxofre na mistura gasosa. 
Se a mistura gasosa está a 373 K e 1,013x105 Pa. Utilize a correlação de Fuller, 
com os parâmetros da tabela abaixo, para determinar os coeficientes de difusão 
das misturas binárias e a correlação de Wilke para o coeficiente de difusão da 
mistura total. 
Volume de Le Bas: 
 
∑ 𝑣
𝐴
= 𝛼𝑖 . 𝑣𝑖 
 
𝑠𝑒𝑛𝑑𝑜 𝛼𝑖 𝑜 í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑜 á𝑡𝑜𝑚𝑜 𝑒 𝑣𝑖 𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑡ô𝑚𝑖𝑐𝑜 𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎𝑑𝑜. 𝑃𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑒𝑚𝑝𝑙𝑜, 
 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎 á𝑔𝑢𝑎, 𝛼𝐻 = 2 𝑒 𝛼𝑂 = 1. 
 
 
5) Calcule o valor do coeficiente de difusão em gases para as seguintes situações: 
a) Oxigênio em monóxido de carbono a T = 273 K e P = 1 atm. Valor 
experimental: 0,185 cm²/s. 
b) Benzeno em ar a T = 298 K e P = 1 atm. Valor experimental: 0,0962 cm²/s. 
Através das correlações de Chapman-Enskog, Wilke-Lee e Fuller. Qual é a mais 
adequada? Faça os cálculos de erro relativo. Para a correlação de Wilke-Lee, 
substitua o termo 0,001858 na equação de Chapman-Enskog por b=[2,17-
0,5x(1/MA+1/MB)
0,5]x10-3. 
Parte Conceitual 
1) Explique como as variáveis temperatura e pressão influenciam no coeficiente de 
difusão binária. 
2) Explique o que é o coeficiente de difusão. 
Dados: 
Massas atômicas: Carbono: 12, Hidrogênio: 1, Nitrogênio: 14, Enxofre: 32; 
Oxigênio: 16 e Argônio: 40, todas em g/mol. 
Volumes moleculares a Tb (em cm³/mol): dióxido de enxofre (44,8), dióxido de 
carbono (34,0), etanol (60,8), nitrogênio (31,2), oxigênio (25,6), hidrogênio (14,3), 
sulfeto de hidrogênio (32,9), amônia (25,8), água (18,9). 
Temperaturas normais de ebulição Tb (em K): dióxido de enxofre (263,0), dióxido 
de carbono (194,7), etanol (351,5), nitrogênio (77,4), oxigênio (90,2), hidrogênio 
(20,4), sulfeto de hidrogênio (213,15), amônia (239,7), água (373,2). 
Volumes de difusão (Fuller): CO – 18,9 cm³/mol, CO2 – 26,9 cm³/mol, ar – 20,1 
cm³/mol, CH4 – 24,42 cm³/mol. 
Diâmetros de colisão: oxigênio – 3,433 A, nitrogênio – 3,681 A, CO – 3,590 A, CO2 
– 3,996 A, metano – 3,822 A, tetracloreto de carbono – 5,881 A, argônio – 3,418 A. 
Energia de colisão (ε/k): oxigênio – 3,433 A, nitrogênio – 3,681 A, CO – 3,590 A, 
CO2 – 3,996 A, metano – 3,822 A, tetracloreto de carbono – 5,881 A, argônio – 
3,418 A. 
Integrais de colisão: tabela 3W. 
RESPOSTAS: 
1) 
a) (0,1098 cm²/s); 
b) (0,2055 cm²/s); 
c) (0,0747 cm²/s); 
d) (0,0855 cm²/s). 
 
2) Chapman-Enskog: 0,2155 cm²/s. Wilke-Lee para misturas: 0,2153 cm²s. 
 
3) (0,0612 cm²/s. Erro Relativo 0,16%) 
 
4) 
a) (0,1877 cm²/s); 
b) (0,2282 cm²/s); 
c) (0,1891 cm²/s); 
d) (0,2271 cm²/s). 
5) 
a) (Fuller: 0,1745 cm²/s; Chapman-Enskog: 0,1742 cm²/s; Wilke-Lee: 
0,1913 cm²/s). Wilke-Lee é a mais adequada; 
b) (Fuller: 0,0823 cm²/s; Chapman-Enskog: 0,0863 cm²/s; Wilke-Lee: 
0,0958 cm²/s). Novamente, Wilke-Lee é a mais adequada);