Enunciado

Escreva a equação da continuidade de A e as condições de contorno, assim como as considerações simplificadoras para as seguintes situações:

5. Secou-se, em batelada, 5 kg de arroz em casca em um secador em camada delgada, com ar de secagem a 40°C e 1 atm. Suponha conhecidas a umidade do ar e a pressão do vapor da água nesta temperatura e pressão. Quanto à forma do arroz, admita as seguintes situações:

a) um cilindro infinito de diâmetro igual a 0,37 cm;

b) uma esfera de diâmetro igual a 0,37 cm;

c) um cilindro de diâmetro igual a 0,09 cm e comprimento igual a 0,27 cm.

Passo 1

Falaaa... tudo benzinho??

Nessa questão vamos escrever a equação da continuidade de A , que tem lá no livro e tals...

∂ C A ∂ t + ∇ - ⋅ N - A = R A ' ' '

Vamos precisar do fluxo molar de A:

N A , z = - C D A B d y A d z + y A N A , z + N B , z

E fazer simplificações, além de definir as condições de contorno.

Passo 2

Bom... As considerações são:

- Regime permanente, porque as propriedades do fluido não mudam com o tempo:

∂ C A ∂ t = 0

- Sem reação química homogênea:

R A ' ' ' = 0

- Fluxo unidirecional:

∇ - ⋅ N - A = d N A , z d z

Daí, depois dessas simplificações, temos a equação da continuidade reduzida a:

d N A , z d z = 0

Passo 3

Agora pegando a equação do fluxo molar:

N A , z = - C D A B d y A d z + y A N A , z + N B , z

Maaas, como o ar está estagnado no capilar:

N B , z = 0

E ficamos com:

N A , z = - C D A B d y A d z + y A N A , z

1 - y A N A , z = - C D A B d y A d z

N A , z = - C D A B 1 - y A d y A d z

Substituindo no que achamos no passo anterior:

d N A , z d z = 0

d d z - C D A B 1 - y A d y A d z = 0

Repara que as constantes a gente pode botar pra fora:

C D A B d d z - 1 1 - y A d y A d z = 0

E passar pro outro lado dividindo, maaaas zero dividido por qualquer coisa é zero, né?

d d z - 1 1 - y A d y A d z = 0

Passo 4

Agora vamos achar as condições de contorno.

Como a difusão do CO ocorre na película gasosa, as condições de contorno se referem às fronteiras que envolvem o gás. Daí temos:

No topo:

z = 0 ; y A = 0,03

Na interface gás-líquido: (o gás é absorvido instantaneamente)

z = 0,05   c m ; y A = 0

Ohhh... acabamos mais uma. Bora pra próxima?

Resposta

a) ∂ ρ A ∂ t = D e f r ∂ ∂ r r ∂ ρ A ∂ r

C1: t = 0 ; ρ A = ρ A 0

CC1: r = 0 ; ∂ ρ A ∂ r ​ r = 0 = 0

CC2: r = 0,185   c m ; ρ A 1 * = K P ρ A 2 ∞

b) ∂ ρ A ∂ t = D e f r 2 ∂ ∂ r r 2 ∂ ρ A ∂ r

C1: t = 0 ; ρ A = ρ A 0

CC1: r = 0 ; ∂ ρ A ∂ r ​ r = 0 = 0

CC2: r = 0,185   c m ; ρ A 1 * = K P ρ A 2 ∞

c) ∂ ρ A ∂ t = D e f 1 r ∂ ∂ r r ∂ ρ A ∂ r + ∂ 2 ρ A ∂ z 2

C1: t = 0 ; ρ A = ρ A 0

CC1: r = 0 ; ∂ ρ A ∂ r ​ r = 0 = 0

CC2: r = 0,045   c m ; ρ A 1 * = K P ρ A 2 ∞

CC3: z = 0 ; ∂ ρ A ∂ z ​ z = 0 = 0

CC4: z = 0,135 ;   ρ A 1 * = K P ρ A 2 ∞ , sendo K P = K P ϕ , P A v a p .

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