Enunciado

Uma instalação de armazenamento de gás natural (metano C H 4 ) utiliza tubos de ventilação de 3   c m de diâmetro e 6   m de comprimento em tanques de armazenamento para manter o valor da pressão atmosférica. Considerando que o coeficiente da difusão do metano no ar é 0,2 × 10 - 4   m 2 / s e a temperatura do tanque e do ambiente é 300   K , a taxa de perda do gás natural no tanque através do tubo de ventilação é

(a) 13 × 10 - 5 k g / d i a

(b) 3,2 × 10 - 5 k g / d i a

(c) 8,7 × 10 - 5 k g / d i a

(d) 5,3 × 10 - 5 k g / d i a

(e) 0,12 × 10 - 5 k g / d i a

Passo 1

Dados fornecidos:

Temperatura do tanque: T = 300   K

Diâmetro do tubo de ventilação: D = 3   c m = 0,03   m  

Comprimento do tubo de ventilação: L = 6   m

Coeficiente de difusão do metano no ar: D A B = 0,2 × 10 - 4   m 2 / s

Pressão do metano na instalação de armazenamento: P v , 1 = 1   a t m = 101,325   k P a

Pressão do metano na: P v ,   2 = 0

Propriedades:

Massa molar do gás natural: M C H 4 = 16   k g / k m o l

Passo 2

Fala galera!!

Para resolver essa questão, podemos começar calculando também a área da seção transversal do tubo. Assim temos:

A = π 4 D 2

A = π 4 0,03   m   2

Podemos calcular a taxa molar de evaporação do gás do tanque usando a seguinte relação:

N ˙ A = D A B A P v , 1 - P v ,   2 R u T L

Como não temos inicialmente metano fora do tanque de armazenamento, temos que a pressão de metano é zero P v ,   2 = 0 .

N ˙ A = D A B A P v , 1 R u T L

Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:

N ˙ A = 0,2 × 10 - 4   m 2 / s × π 4 0,03   m   2 × 101,325   k P a 8,31447   k P a ⋅ m 3 / k m o l ⋅ K × 300   K × 6   m

N ˙ A = 9,57 × 10 - 11   k m o l / s

Passo 3

Temos que a taxa mássica de evaporação do gás do tanque pode ser dada da seguinte maneira:

m ˙ = N ˙ A M C H 4

Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:

m ˙ = 9,57 × 10 - 11   k m o l / s × 16   k g / k m o l

m ˙ = 1,53 × 10 - 9   k g / s

m ˙ = 1,53 × 10 - 9 k g s × 3600   s 1   h × 24   h 1   d i a

m ˙ = 1 3 , 2 × 10 - 5   k g / d i a

m ˙ ≅ 13 × 10 - 5   k g / d i a

Portanto, a taxa de perda do gás natural no tanque através do tubo de ventilação é 13 × 10 - 5   k g / d i a .

Resposta (a)

Resposta

(a) m ˙ = 13 × 10 - 5   k g / d i a

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