A reforma a vapor de hidrocarbonetos é uma maneira de produzir hidrogênio gasoso
para aplicação em células combustíveis. Entretanto, o gás rico em
produzido por esse processo se apresenta contaminado com monóxido de carbono (CO), em um teor molar porcentual de 1,0 %. Esse contaminante provoca envenenamento do catalisador da célula combustível e deve ser removido para permitir melhor operação da célula. Deseja-se separar CO do
gasoso empregando uma membrana cerâmica microporosa catalítica. O diâmetro médio do poro da membrana é de 15 nm , a tortuosidade tem o valor de 4,0 e a fração de vazios do sistema é 0,30 . O sistema opera a 5,0 atm de pressão e
de temperatura.
b. Estime o coeficiente de difusão molecular do CO em
para a mistura gasosa a 5,0 atm e
.
b. Estime o coeficiente de difusão molecular do CO em
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. Temos um gás rico em hidrogênio (
) que está contaminado com monóxido de carbono (CO) a 1,0% molar. Precisamos separar o CO do
usando uma membrana cerâmica microporosa. Para isso, queremos estimar o coeficiente de difusão molecular do CO em
na mistura gasosa que está operando a 5,0 atm e 400°C. Vamos precisar usar conceitos de difusão molecular em sistemas gasosos e aplicar algumas fórmulas para calcular esse coeficiente.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que o coeficiente de difusão molecular (
) nos diz quão rapidamente uma substância se espalha através de outra. Para gases, uma fórmula comum para estimar
é a equação de Chapman-Enskog, que relaciona
com temperatura, pressão e as propriedades das moléculas envolvidas.
A fórmula da equação de Chapman-Enskog é:
Onde:
-
é a constante de Boltzmann, -
é a temperatura absoluta, -
é a pressão, -
é o diâmetro efetivo das moléculas, -
é a massa reduzida das moléculas.
Passo 3
Vamos ajustar essa fórmula para o nosso caso. Primeiro, precisamos converter todos os valores para as unidades corretas.
A temperatura está em Celsius, então vamos converter para Kelvin:
A pressão está em atm, vamos converter para pascal (1 atm = 101325 Pa):
Passo 4
Agora, precisamos determinar o diâmetro efetivo (
) das moléculas. Geralmente, usamos o diâmetro de colisão, que pode ser encontrado em tabelas para gases puros. Supondo que o diâmetro de colisão para o CO seja aproximadamente 3,76 Å (angstroms), o que é comum em tabelas de propriedades gasosas.
Convertendo angstroms para metros:
Passo 5
Em seguida, calculamos a massa reduzida (
) das moléculas de CO e
. A massa reduzida é dada por:
As massas molares são:
Convertendo para kg:
Calculando
:
Passo 6
Agora, podemos usar a constante de Boltzmann (
) e substituir todos os valores na fórmula de Chapman-Enskog:
Passo 7
Vamos calcular passo a passo:
Primeiro, calculemos
:
Elevar isso ao poder de
:
Agora, calculamos
:
E
:
Agora, substituindo esses valores na fórmula:
Calculando o denominador:
Finalmente:
Resposta
O coeficiente de difusão molecular do CO em
para a mistura gasosa a 5,0 atm e
é aproximadamente
.
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A reforma a vapor de hidrocarbonetos é uma maneira de produzir hidrogênio gasoso
para aplicação em células combustíveis. Entretanto, o gás rico em
produzido por esse processo se apresenta contaminado com monóxido de carbono (CO), em um teor molar porcentual de 1,0 %. Esse contaminante provoca envenenamento do catalisador da célula combustível e deve ser removido para permitir melhor operação da célula. Deseja-se separar CO do
gasoso empregando uma membrana cerâmica microporosa catalítica. O diâmetro médio do poro da membrana é de 15 nm , a tortuosidade tem o valor de 4,0 e a fração de vazios do sistema é 0,30 . O sistema opera a 5,0 atm de pressão e
de temperatura.
a. Estime a concentração molar de CO na mistura.
a. Estime a concentração molar de CO na mistura.
Estime o coeficiente de difusão do
em hexano a
utilizando-se a correlação de Wilke e Chang. Compare o resultado com o valor experimental
. (Adaptado do CREMASCO, 3ed. 2015)
Dê uma pequena barragem, parte uma canalização de 250 mm de diâmetro, com poucos metros de extensão, havendo depois uma redução para 125 mm , do qual a água passa para a atmosfera sob forma de jato. A vazão na tubulação foi medida, encontrando-se
. Utilize a massa específica
e
. Calcular:
a) a pressão manométrica na seção inicial da tubulação de 250 mm ;
b) a altura de água na barragem;
c) a potência do jato em W (watts) e em hp, sabendo que e
.
a) a pressão manométrica na seção inicial da tubulação de 250 mm ;
b) a altura de água
c) a potência do jato em W (watts) e em hp, sabendo que
Escoamento no tubo de um reservatório: Queda de pressão desconhecida - Um tubo horizontal com 100 m de comprimento está ligado a um grande reservatório. Que profundidade,
, deve ser mantida no reservatório para produzir uma vazão de
de água?
diâmetro interno do tubo (rugosidade,
) é 75 mm . A entrada é reentrante e a água descarrega para a atmosfera. Admita as seguintes propriedades do fluido (água): massa específica
viscosidade absoluta
m.s.
Sabendo que o comprimento total da tubulação é de 122 m e que a rugosidade relativa é 0,001. Calcule a potência requerida pela bomba em hp, sendo o rendimento da bomba de
.
Sabendo que o comprimento total da tubulação é de 122 m e que a rugosidade relativa é