Gás hélio a 293 K é armazenado em um recipiente esférico de 3 m de diâmetro externo feito de
yrex
de 3 cm de espessura. A concentração molar do hélio no
yrex
é 0,00069
na superfície interna e desprezível na superfície externa. Determine a vazão mássica do hélio por difusão através do recipiente de Pyrex
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Dados:
.
Resp:
Dados:
Resp:
Passo 1
Vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um recipiente esférico de Pyrex com diâmetro externo de 3 metros e espessura de 3 cm, contendo gás hélio a 293 K. A concentração molar de hélio na superfície interna do Pyrex é de 0,00069 kmol/m³, e na superfície externa é desprezível. Queremos determinar a vazão mássica do hélio que está difundindo através do recipiente. Para resolver isso, vamos usar a Lei de Fick da Difusão, que descreve como as partículas se movem de regiões de alta concentração para regiões de baixa concentração.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a área da superfície interna do recipiente, já que a difusão ocorre através dessa superfície esférica. O diâmetro externo é de 3 metros e a espessura é de 3 cm (0,03 metros), então o raio interno
é:
A área
de uma esfera é dada por:
Passo 3
Agora, aplicamos a Lei de Fick para calcular a vazão mássica
:
Onde:
-
é o coeficiente de difusão ( ), -
é o raio interno (1,47 m), -
é a concentração molar de hélio na superfície interna ( ), -
é a espessura do Pyrex (0,03 m).
Passo 4
Vamos substituir os valores na fórmula:
Primeiro, calculamos o numerador:
Depois, dividimos pelo denominador (0,03 m).
Passo 5
Realizando os cálculos:
Resposta
A vazão mássica do hélio por difusão através do recipiente de Pyrex é aproximadamente
.