1aLISTA DE EXERCICIOS 1S2016 IQ126 (1)

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DISCIPLINA: IQ126
1ª Lista de exercícios 
Exercício 2
Um recipiente de 30 m³ contém ar a 400 K e 1,013105 Pa. Determine as seguintes propriedades da mistura gasosa:
Fração molar de O2; (R: 0,21)
Fração volumétrica de O2; (R: 0,21)
Massa da mistura; (R: 28,84 g)
Densidade mássica de O2; (R: 204,7 g/m³)
Densidade mássica de N2; (R: 673,8 g/m³)
Densidade mássica do ar; (R: 878,4 g/m³)
Massa molar média da mistura gasosa. (R: 28,84 g/mol)
Exercício 3
Estime o volume molar à temperatura de ebulição, utilizando o método de La Bas, para o óxido de etileno e para a anilina. (R: 45,8 cm³/gmol e 110,2 cm³/gmol)
Estime o volume molar destas mesmas moléculas pelo método de Fuller, Schetter & Giddings. (R: 26,2 cm³/gmol e 98,35 cm³/gmol)
Exercício 4
Avalie o coeficiente de difusão do dióxido de carbono em ar a 20 °C e 1 atm usando as seguintes correlações:
Fuller-Schettler-Giddings; (R: 0,152 cm2/s)
Hirschfelder. (R: 0,151 cm²/s)
Exercício 5
Na deposição química de vapor de silano (SiH4) em uma pastilha de silicone, uma corrente gasosa do processo rica em inerte (N2) como gás de arraste tem a seguinte composição:
y SiH4 = 0,0075
y H2 = 0,015
y N2 = 0,9775
A mistura gasosa é mantida a uma temperatura de 900 K e pressão de 100 Pa. Determine a difusividade do silano através da mistura gasosa. As constantes de Lennard-Jones para o silano são: 
εA/k = 207,6 K e σA= 4,08 Å
(R: DSiH4-mistura = 1,10x103 cm2/s)
Exercício 6
A isomerização de n-butano a iso-butano ocorre na superfície de um catalisador a 2 atm e 400 °C. Qual é o coeficiente de difusão molecular na fase gasosa de n-butano em iso-butano? Compare os valores obtidos pelas equações de Hirschfelder e Fuller-Schettler-Giddings. 
(R: Hirschfelder = 1,03x10-5 m2/s ; Fuller = 9,9x10-6 m2/s)
Exercício 7
Estime o coeficiente de difusão de etanol líquido, C2H5OH, em uma solução diluída de água a 10 oC. O volume molecular do etanol é 59,3 cm3/mol. A 10 oC a viscosidade da solução contendo 0,05 mol de etanol por litro de água é 1,45 cP. (Dados adicionais: T = 283 K; ΦB para água= 2,26)
(R: 7,96x10-10 m2/s)
Exercício 8
Benzeno (espécie A) é frequentemente adicionado a etanol (espécie B) para desnaturá-lo. Estime o coeficiente de difusão em fase líquida de benzeno em etanol e de etanol em benzeno a 288 K pela correlação de Wilke-Chang. O valor de DAB = DBA ?
(R: DAB= 8,741x10-10 m2/s DBA = 2,25x10-9 m2/s)
Exercício 9
Uma etapa na produção de fibras óticas é a deposição química de vapor de silano (SiH4) na superfície interna de uma fibra de vidro oca, formando um revestimento fino de silicone sólido através da reação:
Tipicamente o processo é conduzido à elevada temperatura e baixa pressão. Fibras óticas para elevadas larguras de banda possuem diâmetros de poros bem pequenos, menores que 20 μm. Se o diâmetro interno da fibra oca revestida com silicone é de 10 μm, avalie a importância da difusão de Knudsen para SiH4 dentro da fibra a 900 K e 100 Pa. Silano está diluído em uma solução 1% molar de gás de arraste inerte (He). O coeficiente de difusão gasoso de silano em hélio a 298 K e 1 atm é 0,571 cm2/s com σSiH4 = 4,08 Å e εSiH4/k = 207,6 K. A massa molecular do silano é 32 g/mol. (R: Kn=16,8 >>1)
Exercício 10
Experimentos de difusão foram conduzidos com uma mistura binária de gás de síntese contendo H2 diluído em excesso de CO, a 2 atm e 80 oC, em um material poroso de distribuição de tamanho de poro homogênea e fração de volume de vazios 0,3. Dos experimentos realizados, o coeficiente de difusão efetivo medido para o hidrogênio foi 0,036 cm2/s. Qual o diâmetro médio de poro para o material em questão? (R: 3,14x10-7 m)
Exercício 11
A equação de Stokes-Einstein é frequentemente utilizada para estimar o diâmetro molecular de moléculas esféricas grandes através de seu coeficiente de difusão. O coeficiente de difusão para albumina (proteína do sangue) em água a diluição infinita é 5,94x10-7 cm2/s a 293 K. Estime o diâmetro médio da molécula de albumina. O valor conhecido é 7,22 nm. (R: 7,01 nm)
Exercício 12
É desejado separar uma mistura de 2 enzimas, lisozima e catalase, em uma solução aquosa diluída através de uma filtração em membrana. Para tanto existe disponível uma membrana de poros cilíndricos de 30 nm de diâmetro. O seguinte fator de separação (α) é proposto:
Determine o fator de separação para o processo. As propriedades de cada enzima são dadas abaixo:
	Lisozima
	Catalase
	MA = 14100 g/mol
	MB = 250000 g/mol
	ds,A= 4,12 nm
	ds,B= 10,44 nm
	DA-H2O = 1,04x10-6 cm2/s
	DB-H2O = 4,10x10-7 cm2/s
(R: α=9,06)
Exercício 13
Estime o valor da difusividade do carbono em (a) Fe(ccc) e em (b) Fe(cfc) a 1000 oC. Analise os resultados obtidos. (R: (a) 7,84x10-3 cm2/s; (b) 0,207 cm2/s)
Exercício 14
Considere um tubo que está em uma atmosfera de gás nitrogênio. Naftaleno sólido foi colocado em uma das extremidades deste tubo, conforme apresentado na figura. O sistema está a temperatura ambiente e pressão atmosférica. Nessas condições o naftaleno é sólido, porém possui pressão de vapor significativa. Considere que o sólido evapora lentamente.
Obtenha o perfil da fração molar de naftaleno em função da posição no tubo de vidro.
 R: 
Exercício 15
Para as duas situações descritas abaixo, escolha qual modelo seria o mais apropriado para realizar uma modelagem em termos de transferência de massa (modelo da difusão ou o da convecção):
Considere H2 se difundindo em uma barra metálica. A capacidade do H2 em tornar o metal quebradiço já é bem conhecida, levando a causar fissuras e quebras no metal. Você precisa estudar a alteração das propriedades do metal com o tempo de exposição ao H2, conforme esquema apresentado na figura abaixo. Qual modelo escolher? Justifique sua resposta.
Considere que você está estudando a dissolução de um determinado fármaco (no estado sólido) em água. Para isso você monta um experimento conforme apresentado na figura abaixo. Fármaco e mede a variação de concentração na água ao longo do tempo. Qual modelo de transferência de massa você utilizaria para correlacionar com os resultados de dissolução? Justifique sua resposta.
Exercício 16
Descreva com suas próprias palavras o que significa o fenômeno de transferência de massa.
Quais os parâmetros que influenciam da difusividade mássica que ocorre em um sistema gasoso? E líquido? E sólido?
Qual o motivo pelo qual a 1ª Lei de Fick não é válida em muitos casos? Justifique sua resposta e apresente em 3 exemplos para esta situação.
Exercício 17
O coeficiente de difusão de um determinado soluto A no meio gasoso B diminui de valor (Dab) nas situações em que (P, Pressão; T, Temperatura; MB, massa molar do meio B): 
P aumenta, T diminui, MB diminui;
P diminui, T aumenta, MB diminui;
P diminui, T aumenta, MB aumenta;
P aumenta, T diminui, MB aumenta; 
Exercício 18
Sabendo que a força motriz para transferência de massa, rigorosamente, está associada a diferença de potencial químico. Mostre que por simplificação matemática podemos relacionar o fenômeno de transferência de massa com gradiente de concentração ou gradiente de pressão.
Exercício 19
Ao estudarmos o coeficiente de difusão de um soluto A no Ar devemos em alguns casos considerar a umidade relativa desse meio. Com seus conhecimentos sobre difusão química, e observações do seu dia-a-dia, descreva a influência que essa umidade causa no valor do coeficiente de difusão de A. Exemplifique. 
Exercício 20
Imagine a situação em que você esteja em um aeroporto e utilize-se da esteira rolante. Suponha que você seja o soluto na esteira rolante, enquanto esta é o meio em que ocorre o transporte. 
Com intuito de aplicar os conhecimentos da disciplina de transferência de massa, faça uma analogia ao que seriam as contribuições difusiva e 	convectiva. Justifique sua resposta.
Exercício 21
Estime a difusividade do tetracloreto de carbono em solução de hexano para uma solução de tetracloreto de carbono e hexano a 25°C, na qual a fraçãomolar de hexano é 25%. Nessa temperatura, a viscosidade do tetracloreto é 0,86cP e do hexano é 0,30cP. O gradiente de atividade para este sistema, onde “A” é hexano e “B ” é o tetracloreto é descrito como: 
Exercício 22
Calcule a difusividade efetiva de nitrogênio a 200°C e 1,2 atm através de um catalisador com os poros preenchidos por hélio (30%), hidrogênio (45%), dióxido de carbono (15%) e nitrogênio (10%). Apenas o nitrogênio difunde (R: 0,870 cm²/s)
Exercício 23
Uma mistura de oxigênio e dióxido de carbono está a 23°C e 1 atm sem nenhuma agitação. Considere a difusão de O2 entre dois planos nessa mistura, afastados 5 mm entre si. No plano 1, a pressão parcial de O2 é de 0,2 atm, enquanto no plano 2 a pressão parcial de O2 é de 0,1 atm. Calcule o fluxo de O2 considerando:
a) contra-difusão equimolar. (R: NA = 1,31.10-6 gmol/cm².s)
b) difusão apenas do O2. (R: NA = 1,54.10-6 gmol/cm².s)
Por que esses fluxos são diferentes?
Exercício 24
Uma lâmina no formato de uma placa plana retangular de 20 x 30 cm e 3 mm de espessura é formada por um gel M. Por esse gel difunde uréia (M = 60 g/gmol). Quando a concentração de uréia em uma das faces é de 1.10-4 gmol/cm³ e zero na outra face, a taxa de uréia difundida através do filme é 0,20 g/h. Deseja-se reduzir essa taxa pela metade. Para isso será utilizado um outro gel, N, para cobrir a face com concentração zero. Sabe-se que a difusividade da uréia nesse gel N é de 1,54.10-6 cm²/s. Qual deve ser a espessura desse filme N?
As concentrações nas faces livres dessa placa composta por N + M são as mesmas do filme simples de M. Sabe-se que a uréia é cinco vezes mais solúvel em N do que em M. (R: 5mm).
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