Lista_Transf(Massa) (2)

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Primeira Lei de Fick, misturas de gases e difusividade – Transferência de massa (Estudo dirigido)
1) De acordo com uma pesquisa desenvolvida na UFSCAR, (SOUZA et al, 2016) descrevem um fenômeno de baixa previsibilidade e grande potencial de causar falhas catastróficas na indústria: A fragilização por hidrogênio. Este fenômeno é definido como a perda gradual das propriedades mecânicas de tenacidade e resistência mecânica em decorrência da presença de hidrogênio na matriz de um material que seja suscetível ao fenômeno, ou seja, componentes considerados dúcteis podem falhar em tensões de carregamento muito abaixo das quais normalmente se observa em condições onde não há permeação do hidrogênio e exibir fratura frágil.
Considere o coeficiente de difusão do hidrogênio no aço, DAB, em função da temperatura:
Dada a expressão acima, calcule:
(a) O coeficiente de difusão a 300 K, 500 K, 1 000 K e 1 500 K.
(b) Comente a influência da temperatura no resultado de difusividade, elencando pontos como estado físico e a teoria cinética. 
(c) Considerando uma aplicação de difusão de hidrogênio em uma tubulação industrial, qual das condições de processo (300k,500K,1000K e 1500K) seria mais prejudicial para a fragilização por hidrogênio nessa tubulação?
(d) Considerando o hidrogênio um gás ideal, demonstre a relação da concentração deste gás com a equação de Clayperon. 
(e) Considerando a pressão de 100 kPa, utilizando a constante dos gases em Pa.m3, desenvolva uma planilha no Excel com intervalos de temperatura de 10 em 10 graus Celsius. Esboce os gráficos de C x T, DAB X T, Fluxo x DAB e Fluxo versus L. Explique, com a teoria, o comportamento dos gráficos. Veja quais funções se encaixam melhor nas linhas de tendência e escreva os modelos analíticos.
2) Determine o coeficiente de difusão binária para (T = 320 K e 2 atm)
a) O dióxido de carbono em nitrogênio;
b) O dióxido de carbono em oxigênio 
c) O dióxido de carbono em hidrogênio
d) Comente os seus resultados
3) Uma mistura de CO2 e N2 encontra-se em um recipiente a 25 graus celsius, com cada uma das espécies com uma pressão parcial de 1 bar. Calcule a concentração molar, a concentração mássica, a fração molar e a fração mássica de cada espécie.
4) Uma mistura He-Xe contendo uma fração molar de hélio de 0,75 é usada para resfriar eletrônicos em um sistema de avião. A uma temperatura de 300K e a pressão atmosférica, calcule a fração mássica de hélio e a e massa específica, a concentração molar e a massa molar da mistura. Se a capacidade do sistema de resfriamento é de 10 litros, qual é a massa do refrigerante?
5) Considere ar no interior de um recipiente cilíndrico fechado, cujo eixo está na posição vertical e cujas extremidades opostas são mantidas a temperaturas diferentes. Admita que a pressão total do ar seja uniforme no interior do recipiente.
(a) Se a superfície inferior estiver mais fria do que a superfície superior, qual é a natureza das condições no interior do recipiente? Por exemplo, irão existir gradientes verticais nas concentrações das espécies (O2 e N2) Há algum movimento do ar? Há transferência de massa?
(b) Qual é a natureza das condições no interior do recipiente se ele for invertido, isto é, a superfície aquecida está agora na parte inferior?
6) Um medicamento encontra-se no interior de um velho frasco farmacêutico de vidro. A boca está fechada com uma rolha de borracha que tem 20 mm de altura, com 10 mm de diâmetro na extremidade inferior, alargando-se até 20 mm na extremidade superior. A concentração molar do vapor do medicamento na rolha é de 2 x 10-3 kmol/m3 na sua superfície inferior e é desprezível na superfície superior. Sendo a difusividade mássica do medicamento na borracha de 0,2 2 x 10-9 kmol/m3 , ache a taxa na qual o vapor sai pela rolha.
7) Calcule o coeficiente de difusão do dióxido de carbono no ar a 20 graus celsius e a pressão atmosférica. Compare este valor com o valor experimental, de 0,136 cm2/s. Deve-se utilizar a equação de correção de difusividade com a temperatura, bem como a equação explanada abaixo. Explicite todos os parâmetros e as tabelas de referência utilizadas.
8) Explique o porquê a difusividade nos gases é maior que a difusividade nos líquidos que é maior que a difusividade nos sólidos. Explane dois exemplos de difusividade no contexto da engenharia para cada sistema e as principais equações que você utilizaria para modelar ditos fenômenos.