A purificação de hidrogênio pode ser feita por difusão do gás através de uma chapa de paládio a
. Calcule a quantidade de hidrogênio (em Kg ) que passa por hora através de uma chapa de paládio com 5 mm de espessura e área de
a
. Assumir um coeficiente de difusão de
e que as concentrações de hidrogênio dos dois lados da chapa são 2,4 e
e que o sistema está em regime estacionário.
Passo 1
Vamos resumir o enunciado: precisamos calcular a quantidade de hidrogênio que passa, por hora, através de uma chapa de paládio. A chapa tem 5 mm de espessura, uma área de 0,2 m² e está a 600°C. Para resolver isso, vamos utilizar a Lei de Fick, que trata da difusão de gases através de barreiras. Vamos precisar do coeficiente de difusão (D), da espessura da chapa (L), da área (A), das concentrações de hidrogênio dos dois lados da chapa (ΔC) e considerar que o sistema está em regime estacionário.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a Lei de Fick. Ela descreve como a difusão ocorre e é dada pela fórmula:
Onde:
-
é a taxa de difusão (quantidade de massa por área e tempo, em kg/(m²·s)), -
é o coeficiente de difusão (em m²/s), -
é a diferença de concentração de hidrogênio entre os dois lados da chapa (em kg/m³), -
é a espessura da chapa (em metros).
Depois de calcular
, podemos encontrar a quantidade total de hidrogênio que passa pela chapa multiplicando
pela área (
) e pelo tempo (
):
Passo 3
Agora, vamos substituir os valores fornecidos na fórmula. Primeiro, convertendo a espessura de 5 mm para metros:
Calculando a diferença de concentração:
Aplicando na fórmula de
:
Agora, multiplicamos pela área e pelo tempo (1 hora = 3600 segundos):
Resposta
A quantidade de hidrogênio que passa pela chapa de paládio é aproximadamente 2,59 kg/h.