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A difusividade do oxigênio no ar a 25°C é de 2,1x10 -5 m²/s e a sua fração mássica típica é de 23,1%. Assumindo regime permanente, qual seria o fluxo de massa difusivo, em kg/s.m², entre um ponto com concentração típica e outro sem oxigênio, a 0,50 m de distância? Dado: Massa específica da mistura de ar = 1,2 kg/m³.
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Exercícios Para o Conhecimento

mês passado

Respostas

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mês passado

Para calcular o fluxo de massa difusivo (J) entre dois pontos, podemos usar a lei de Fick, que é dada pela fórmula: \[ J = -D \cdot \frac{dC}{dx} \] onde: - \( J \) é o fluxo de massa (kg/s·m²), - \( D \) é a difusividade (m²/s), - \( \frac{dC}{dx} \) é o gradiente de concentração (kg/m³·m). Primeiro, precisamos calcular o gradiente de concentração. A concentração do oxigênio no ar pode ser calculada a partir da fração mássica e da massa específica da mistura de ar: \[ C = \text{fração mássica} \times \text{massa específica} \] \[ C = 0,231 \times 1,2 \, \text{kg/m³} = 0,2772 \, \text{kg/m³} \] Agora, considerando que em um ponto não há oxigênio, a diferença de concentração entre o ponto com oxigênio e o ponto sem oxigênio é: \[ \Delta C = 0,2772 \, \text{kg/m³} - 0 \, \text{kg/m³} = 0,2772 \, \text{kg/m³} \] A distância entre os pontos é de 0,50 m, então o gradiente de concentração é: \[ \frac{dC}{dx} = \frac{\Delta C}{\Delta x} = \frac{0,2772 \, \text{kg/m³}}{0,50 \, \text{m}} = 0,5544 \, \text{kg/m³·m} \] Agora, substituindo na fórmula do fluxo de massa: \[ J = D \cdot \frac{dC}{dx} \] \[ J = 2,1 \times 10^{-5} \, \text{m²/s} \cdot 0,5544 \, \text{kg/m³·m} \] \[ J = 1,165 \times 10^{-5} \, \text{kg/s·m²} \] Aproximando, temos: \[ J \approx 1,2 \times 10^{-5} \, \text{kg/s·m²} \] Portanto, a alternativa correta é: 1,2x10⁻⁵.

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