2a Questão: Difusividade em mistura
Uma mistura gasosa a 1 atm e 205ํㅡ possui a seguinte composição molar:
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-
-
Calcule a difusividade mássica do
na mistura. Dados:
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Passo 1
Beleza, o enunciado diz que a gente tem uma mistura gasosa a 1 atm e 205 °C, com composição molar:
- O₂: 5 %
- CO: 5 %
- H₂O: 20 %
- N₂: 70 %
A ideia é calcular a difusividade mássica efetiva do O₂ na mistura (D₁,ₘ). Para isso, vamos usar a regra de mistura para coeficientes de difusão em mistura multicomponente, que relaciona as difusividades binárias fornecidas (D₁,₂, D₁,₃, D₁,₄) e as frações molares dos demais componentes.
Passo 2
Teoria rápida: em mistura de vários gases, a difusividade efetiva do componente 1 (aqui O₂) é dada pela fórmula
onde
-
é a difusividade mássica efetiva do O₂ na mistura, -
é a fração molar do componente (j = CO, H₂O, N₂), -
é a difusividade binária entre O₂ (1) e o componente .
Isso vem da simplificação da equação de Stefan–Maxwell para casos de baixas diferenças de concentração.
Passo 3
Agora, vamos identificar os valores:
- x₂ (CO) = 0,05
- x₃ (H₂O) = 0,20
- x₄ (N₂) = 0,70
e as difusividades binárias estão em cm²/s:
- D₁,₂ = 0,468741
- D₁,₃ = 0,611216
- D₁,₄ = 0,4655
Substituindo na fórmula:
Passo 4
Vamos calcular cada termo:
Somando:
Agora invertemos para achar
:
Resposta
A difusividade mássica efetiva do O₂ na mistura é aproximadamente