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Fenômenos de Transporte

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Um tanque de armazenamento que está aberto para a atmosfera a 760 mm Hg contém metanol líquido (M=32 g/mol) que está armazenado a 30°C. O diâmetro do tanque é 1,0 m e a altura total é de 3,0 m, sendo que o nível do líquido está a 0,5 m de altura. O ar que se encontra acima da superfície do líquido está estagnado e os vapores de metanol são imediatamente dispersos quando encontram a abertura do tanque. Sabe-se que a 30°C, a pressão de vapor do MeOH é 163 mmHg. Por questões de segurança, há a preocupação de que uma quantidade considerável deste combustível esteja escapando para o ambiente externo. Qual a taxa de emissão de vapor de metanol quando a temperatura é de 30°C? Resposta: WA≈ 5,09x10-5 mol/s.

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Supondo que o ar atmosférico seja composto exclusivamente por O2 e N2, com suas pressões parciais na razão 0,21:0,79, quais são suas frações mássicas?

ω (O2) = 0,23; ω (N2) = 0,77.

Um líquido A evapora em um recipiente contendo um gás B. O vapor de A difunde-se no gás B. Foram medidas as seguintes grandezas: vA–V = 3, MMA = 5MMB, V = 12 e yA = 1/6. Pede-se: a) vA; b) yB ; c) vB; d) wA; e) wB ; f) v; g) vB – v; h) vA – v. Resposta: (a) 15; (b) 5/6; (c) 11,4; (d) 0,5; (e) 0,5; (f) 13,2; (g) -1,8; (h) 1,8.

Avalie o coeficiente de difusão do dióxido de carbono no ar a 20°C e pressão atmosférica usando a equação de Fuller, Schettler e Giddings. Compare o valor obtido com o encontrado na Aplicação 1 (feita em sala). Resposta: DAB=0,152 cm2.s-1.

Considere uma partícula inerte, esférica e porosa. Os poros no interior desta partícula são preenchidos com água (espécie B) e nós estamos interessados em analisar a difusão molecular do contaminante benzeno (C6H6), espécie A, no interior dos poros. O diâmetro médio dos poros e a fração de vazios são, respectivamente, iguais a 150 nm e 0,40. Benzeno não é adsorvido na interface dos poros, é ligeiramente solúvel em água e tem um diâmetro molecular de 0,15 nm. O processo é isotérmico a 298 K e a concentração de benzeno dissolvido na água que envolve a partícula, CAc, é constante com o tempo. Inicialmente, não há benzeno dissolvido dentro dos poros preenchidos com água. Qual o coeficiente de difusão efetiva do benzeno no interior dos poros da partícula? A difusão de Knudsen é significativa neste processo? Dados: Vcbenzeno = 259 cm3/mol; ϕágua = 2,26; Mágua = 18 g/mol; Mbenzeno = 78 g/mol; µágua = 0,95 cP. Resposta: D’Ae=1,53x10-6 cm2.s-1.

Foi proposto um dispositivo que servirá como “oxigenador de sangue” para uma máquina coração-pulmão, como ilustrado na figura a seguir. Nesse processo, sangue sem oxigênio dissolvido (O2, espécie A) entra no topo de uma câmara e, então, cai verticalmente como um filme líquido, com espessura uniforme, ao longo de uma superfície projetada apropriadamente para o sangue úmido. A fase gasosa é constituída de 100% de O2 que está em contato com a superfície do filme líquido. O oxigênio é solúvel no sangue e a solubilidade de equilíbrio c*A é função da pressão parcial do gás oxigênio. Analisando o transporte de massa do oxigênio dissolvido no filme descendente, pode-se admitir o seguinte: (1) o processo tem uma fonte constante de O2 (gás) e um sorvedouro constante (filme de líquido descendente) e, portanto, ocorre em regime estacionário; (2) o processo é diluído em relação ao oxigênio dissolvido no fluido; (3) o filme líquido descendente tem um perfil plano de velocidade υmáx; (4) o espaço com gás sempre contém 100% de oxigênio; (5) a largura do filme líquido, W, é muito maior que seu comprimento, L. a) Simplifique a equação diferencial geral para a transferência de O2, deixando-a em termos dos fluxos. Se sua análise sugerir mais de uma dimensão para o fluxo, proponha uma equação simplificada do fluxo para cada coordenada de interesse. b) Proponha uma equação diferencial simplificada em termos da concentração de oxigênio, cA. c) Proponha condições de contorno associadas com o processo de transferência de massa de O2.

Sabe-se que alimentos desidratados são susceptíveis à oxidação devido à falta de uma camada protetora de água. Para acondicionar um alimento desidratado, uma indústria utiliza embalagens flexíveis com 1,5 mm de espessura e um gás inerte é inflado sobre a embalagem antes do fechamento para a retirada do gás oxigênio interno. Sabe-se que o coeficiente de difusão do oxigênio na embalagem vale 5,3x10-11 m2/s. Considerações: - Como a espessura da embalagem é pequena, considere difusão sobre um sólido plano (coordenadas cartesianas). - Nas condições prescritas, a concentração de oxigênio nas superfícies externas e internas da embalagem valem, respectivamente, 1,2 mol/m3 e 0,05 mol/m3. - Regime permanente. a) Calcule o fluxo de oxigênio do ar atmosférico para o interior da embalagem armazenada a 25ºC. Resposta: NA,Z=4,063x10-8 mol/m2.s. b) Considerando que as concentrações de O2 na embalagem permaneçam constantes e sabendo que a área total da embalagem é de 0,040 m2, calcule a quantidade em gramas de oxigênio que atravessa o filme após 30 dias de armazenamento. Resposta: m=0,13 g de O2.