A solubilidade do gás hidrogênio em aço, em fração mássica, é dada como sendo onde é a pressão parcial do hidrogênio em bar e T é a temperatura em K. Considerando que gás natural é transportado em um tubo de aço de 1 cm de espessura e de 3 m de diâmetro interno a 500 kPa de pressão e a fração molar do hidrogênio no gás natural é de , determine a taxa mais elevada de perda do hidrogênio através de uma seção de 100 m de comprimento do tubo em condições permanentes, a uma temperatura de 293 K , se o tubo está exposto ao ar. Considere a difusividade do hidrogênio em aço como sendo .
Dados: ç
Resp:

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa calcular a taxa máxima de perda de hidrogênio através de um tubo de aço que transporta gás natural. Para isso, vamos usar conceitos de solubilidade e difusão de gases em metais. Vamos precisar aplicar fórmulas de solubilidade, difusividade e levar em conta as propriedades físicas fornecidas no enunciado.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar a pressão parcial do hidrogênio no gás natural. Sabemos que a pressão total é de 500 kPa e a fração molar de H₂ é de 8%. Então,
Convertendo para bar (1 bar = 100 kPa):

Passo 3

Agora, vamos calcular a solubilidade do H₂ no aço usando a fórmula fornecida:
Substituindo e :
Calculando o expoente:
E a raiz de 0,4:
Então:

Passo 4

Vamos calcular a concentração de hidrogênio no aço. Sabemos que a massa de H₂ dissolvida por massa de aço é . Então, a concentração é:
ç
Substituindo os valores:

Passo 5

Utilizando a Lei de Fick para a difusão em regime permanente:
Onde:
  • é o fluxo de massa (kg/s),
  • é a difusividade,
  • é a diferença de concentração,
  • é a espessura do aço.
Assumindo que toda a diferença de concentração ocorre através da espessura do aço (1 cm = 0,01 m):
Substituindo os valores:

Passo 6

Agora, vamos calcular a taxa total de perda de H₂ através de 100 metros de tubo. A área de superfície do tubo é:
Onde:
  • é o di âmetro interno (3 m),
  • é o comprimento (100 m).
Então, a taxa de perda é:
Convertendo para kg/s usando a massa molar do H₂ (2 kg/kmol):

Resposta

A taxa mais elevada de perda do hidrogênio é aproximadamente .

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Um tubo de aço inox AISI316, diametro interno de , e comprimento de 5 m , lem sua superficie interna incrustada por um polímero usado na extraçâo de biomoléculas de um caldo de fermentaçâo. Visando a remoçâo destas incrustaçôes de polimero, f feito o escoamento de uma soluçâo aquosa de limpeza por este tubo a uma velocidade de e a uma temperatura de entrada de . A soluçâo sai do tubo a , e a parede do tubo mantida a uma temperatura constante de devido a um sistema de controle de temperatura externo ao tubo que foi esquecido ligado durante a limpeza.
Considerando as propriedades físicas da soluçâo de limpeza iguais a da água; a difusividade e a solubilidade do polímero na soluçâo de limpeza iguais a, respectivamente, e 1 , e a massa molar do polímero igual a obtenha:
a) O comprimento total do tubo.
b) O coeficiente de transferência de massa entre o polímero incrustado e a solução de limpeza utilizando a Analogia de Chilton - Colburn.
c) A concentração molar de polímero na saída do tubo, utilizando a equação a seguir
Uma mistura de e encontra-se em um recipiente a , com cada uma das espécies com uma pressão parcial de 1 bar. Calcule a concentração molar, a concentração mássica, a fração molar e a fração mássica de cada espécie. Dados: ; MM N2: bar/kmol K. A: :
Resp:
Agua, a uma vąão de , na temperatura de saturação do sistema, entra no interiof de um tubo interno de aço inox mecanicamente polido com de diâmetro, culà parede estâ a e a pressão interna é de , sendo completamente evaporada, e saindo na forma de vapor saturado. Considere que, hipoteticamente, o processo de evaporação da água dentro do tubo se dê apenas por nucleação.
Calcule a o comprimento do tubo necessário para que o processo ocorra.
Uma corrente de água residuária com de tricloroetileno (TCE) a , valor menor que o limite de solubilidade desse composto na água. Quais são os valores da concentração molar e da fração molar do TCE nessa água, admitindo que a solução em questão seja diluída? A , a massa específica da água líquida é de . A massa molar do TCE é de e a massa molar da água é de . A espécie A representa o TCE e a espécie B representa a água (solvente). A concentração molar de TCE na água é determinada a partir da concentração mássica .
Resp: