Enunciado

Uma camada de glicose está submersa em uma camada profunda de água a 25 ℃ . Como a camada de glicose se dissolve na água, sua densidade na interface água-glicose é mantida constante. Determine o tempo necessário para a concentração de glicose a x = 1   c m chegar a 1 % de concentração na interface glicose-água.

Passo 1

Primeiramente, iremos assumir algumas considerações para simplificar o problema. São elas:

  • A piscina de água pode ser modelada como um meio semi-infinito.
  • A concentração de glicose na água é, inicialmente, igual a zero.
  • O coeficiente de difusão de glicose na água a 25 ℃ é D A B = 0,69 × 10 - 9   m 2 / s , segundo a tabela 14-3a.

De posse dessas características, podemos entender melhor o sistema com o qual a questão pretende trabalhar.

No capítulo 4 , tivemos um problema análogo a esse, onde havia uma condução de calor unidimensional e transiente em um meio semi-infinito, com temperatura na superfície especificada. Logo, resolvendo de acordo, a solução pode ser expressa como:

C A x , t - C A , i C A , s - C A , i = e r f x 2 √ ( D A B t )

Substituindo os valores especificados, temos:

C A x , t C A , s = e r f x 2 √ ( D A B t )

0,01 = e r f x 2 √ ( D A B t )

Na tabela 4-4, nós temos o valor da função erro relacionado ao argumento da função erro, ou seja, erf ⁡ 1,82 = 0,01 , então:

x 2 √ ( D A B t ) = 1,82

t = x ( 1,82 ) ( 2 ) 2 1 D A B = 0,01   m ( 1,82 ) ( 2 ) 2 1 0,69 × 10 - 9   m 2 / s = 10940   s = 3,04   h

Resposta

t = 3,04   h

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