Relatorio - celula de arnord

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CÉLULA DE ARNOLD 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ITATIBA, 31 de março de 2020 
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CÉLULA DE ARNOLD 
 
 
 
 
 
 
Anna Caroliny da Mata RA 002201600236 
Deborah J. P. Motta RA 002201601409 
Jéssica de Freitas Santos RA 002201601438 
Leandro S. Lima RA 002201601684 
 
 
 
 
 
 
ITATIBA, 31 de março de 2020 
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1. INTRODUÇÃO: 
A Transferência de Massa pode ser entendida como o movimento espacial da 
matéria, refere-se ao movimento de um componente específico (A, B) num sistema de 
vários componentes. Existindo regiões com diferentes concentrações, ocorrerá 
transferência de massa no sentido das zonas onde a concentração desse componente 
é mais baixa. Essa transferência pode ocorrer pelo mecanismo da difusão molecular ou 
da convecção. Entretanto, a transferência de massa unidimensional sem reação 
química através da difusão molecular pseudo-estacionária por meio de filme estagnado, 
é o objeto de interesse e alvo dos rearranjos de equações para o cálculo do coeficiente 
de difusão mássica de uma determinada espécie química em um determinado local. 
Normalmente a difusividade mássica é mais alta nos gases do que em 
substâncias líquidas e sólidas, assim como é maior nos líquidos do que nos sólidos. 
Geralmente, espécies químicas distintas apresentam uma difusividade mássica 
diferente quando submetidas a uma mesma temperatura e pressão constantes. 
Entretanto, se forem alteradas constantemente as condições de pressão e temperatura 
para uma determinada espécie química, então terá variações em sua difusividade 
mássica. 
Na célula de Arnold um determinado líquido volátil é introduzido em seu capilar 
até um determinado nível, com ar estagnado até o topo. Após algum tempo é possível 
perceber que a altura do nível do líquido no capilar da célula diminuiu, evidenciando a 
evaporação do mesmo, permitindo o cálculo do coeficiente de difusão mássica desse 
líquido em ar ou em outro gás. 
 
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2. RESULTADO 
Tabela 1: Resultados obtidos durante o experimento 
Tempo (minutos) Altura (mm) Temperatura (ºC) 
0 15 29 
18 13 29 
25 12,5 29 
45 11,5 29 
55 11,2 29 
65 11 29 
75 11 29 
 
Gráfico 1: Diminuição do volume em relação ao tempo decorrido 
 
 
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2.1 DADOS COLETADOS: 
 
Tabela 2: Dados obtidos na literatura para consideração nos cálculos 
pA (g/cm³) 0,792 
MM (g/mol) 58,08 
Pvapor (atm) 0,32926 
Pamb (atm) 1,002 
T (K) 302,15 
yA,2 0 
yA,1 (Pvapor/Pamb) 0,3286 
C (mol/cm³) 4,04.10^-5 
R (atm.cm³/mol.K) 82,057 
zf (cm) 1,5 
z0 (cm) 1,1 
Δt (seg) 4500 
 
2.2 CONSIDERAÇÕES DE CÁLCULO: 
 
1 - Regime permanente: C = Cf, pois a concentração não muda. 
2 - O meio é inerte, pois acetona e ar não reagem. 
 
Equação da difusividade: 
𝜕𝐶𝑎/𝜕𝑡 + ⍫𝑁𝑎 = 𝑅′′′ 
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Com as considerações 1 e 2 temos: 
⍫𝑁𝑎 = 0 
Considerando um fluxo unidirecional temos: 
𝑑𝑁𝑎/𝑑𝑧 = 0 
Na,z = constante. 
 
Comportamento do fluxo: 
NA,z = yA . (NA,z + NB,z) - DAB . (dCA / dz) 
 
Considerando o ar estagnado - NB,z = 0 
 
Portanto: 
NA,z = yA . NA,z - DAB . (dCA / dz) 
NA,z = [ - DAB / (1 - yA ) ] . (dCA / dz) 
Com T e P constantes temos DAB e C constantes. 
 
NA,z = [ DAB . C / (z2 - z1 ) ] . ln [ ( 1 - yA,2 ) / yA,1 ) ] 
 
Considerando: 
NA,z = (dA,L / M) (dz/dt) 
Considerando gás ideal, portanto C = P / RT 
Equilíbrio termodinâmico na fronteira entre o líq.e o gás, portanto yA,1 = 
PAvapor / Pamb 
 
Temos: 
DAB = [ z(tf)² - z(t0)² pA ] / [ 2 . MM . C . ln ((1 - yA,2) / (1 - yA,1) . Δ t ] 
DAB = [ 1,5 ² - 1,1 ² ] / 2 . 58,08 . 4,04 . 10^-5 . ln (1 / (1-03286)) . 4500 
 
DAB = 0,09796 cm²/s 
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3. CONCLUSÃO 
Este experimento teve como objetivo o desenvolvimento e estudo de uma 
Célula de Arnold, após a prática em laboratório pudemos identificar que com a 
Célula podemos calcular e medir os coeficientes de difusividade mássica através 
da variação no nível da substância líquida utilizada. 
Em laboratório utilizamos sílica gel para retenção de umidade e como 
substância líquida Acetona PA, com tais materiais, a utilização de uma estrutura 
de Célula de Arnold montada e cálculos com os dados fornecidos e encontrados 
pudemos determinar o coeficiente de difusividade da Acetona para esse 
experimento, o qual é apresentado na Tabela 3 e comparado com o valor teórico 
e o da literatura. 
Tabela 3: Valores do coeficiente de difusividade da literatura e experimental da 
acetona 
DAB Literatura (m2.s-1) DAB Experimental (m2.s-1) 
1,1 x 10-5 9,8 x 10-6 
 
Calculou-se então o desvio percentual em relação ao valor encontrado no 
experimento e o encontrado na literatura, resultados apresentados na Tabela 4 
abaixo: 
Tabela 4: Desvio percentual do valor experimental em comparação ao 
encontrado na literatura. 
Desvio Experimental (%) 
10,9090 
 
Analisando o dado da Tabela 3 verificou-se o resultado obtido foi 
satisfatório, entretanto, considerando que o desvio está acima de 10% podemos 
constatar que o mesmo por ter sido influenciado por erros experimentais durante 
a prática, podendo estar relacionado à erro de medição de temperatura, 
verificação da quantidade de acetona que evaporou, entre outros. 
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4. REFERÊNCIA: 
PERRY, Robert H; GREEN, Don W; MALONEY, James O. Perry's chemical 
engineer's handbook. 7. ed. New York: McGraw-Hill, 1997. 
INCROPERA, Frank P. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. Rio 
de Janeiro: LTC, 1992. 
KREITH, Frank. Princípios da Transmissão de Calor. São Paulo: Thomson 
Learning, 2007.