Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 14.Problemas - Ex. 93
Um grande reservatório contendo amônia a 1 atm e 25°C é ventilado para a atmosfera através de um tubo de 2 m de comprimento cujo diâmetro interno é 1,5 cm. Determine a taxa de perda de amônia e a taxa de infiltração de ar no reservatório.
Passo 1
Vamos esquematizar a nossa situação:
Nosso composto A (amônia) se difunde em contradifusão equimolar com o composto B (ar). As condições são e . No nível do tanque (z=0) vamos considerar que a quantidade de amônia é muito superior que a de ar, então . Da mesma forma, no fim do tubo (z==2 m) a fração de amônia é insignificante, portanto . Sabemos ainda que o tubo tem diâmetro 1,5 cm.
Tendo estes dados devemos determinar a taxa de perda de amônia e de entrada de ar. Vamos lá???
Passo 2
Estamos considerando um processo ocorrendo em contradifusão equimolar. Então . O fluxo em contradifusão equimolar é dado por:
Precisamos da difusividade e da concentração molar. A difusividade da amônia no ar em e é . A concentração molar de uma mistura gasosa pode ser determinado por:
O fluxo de amônia é:
Passo 3
Já temos o fluxo. Vamos agora utilizar este valor para determinar a taxa de amônia perdida para a atmosfera. Para isso vamos usar a relação:
Mas antes de usá-la vamos determinar a área do tubo. Ela é dada por:
A taxa de difusão da amônia é:
Vamos transformar a taxa molar em taxa mássica. Para isso:
As massas molares são e . A taxa mássica de amônia é:
A taxa de ar que entra no tanque é:
Resposta
A taxa de amônia perdida é de e a taxa de entrada de ar no tanque é de .