A limpeza de peças metalicas pode ser realizada em tanques desengordurantes. O solvente liquido permanece no fundo do tanque, enquanto uma serpentina de aquecimento imersa no solvente o vaporiza a uma temperatura constante. Os tanques săo frequentemente abertos para a atmosfera para facilitar a imersăo e a remoçăo de peças, além de evitar o risco de explosão. A difusāo do vapor do solvente através do ar estagnado no interior do espaço vazio ocorre em estado estacionário.
Considere um tanque cilindrico de armazenamento de tricloroetileno (TCE) de 10 m de altura. A altura đo nivel do tanque é mantida constante a 30 cm . A temperatura do tanque e do solvente se mantém em 45
. Nessa temperatura, a pressăo de vapor do TCE é de
e a sua difusividade no ar é de 0,088
. Considerando que a atmosfera é isenta de solvente:
(a)
Escreva as condiçōes de contorno adequadas para a situação;
(b)
Expresse o perfil de concentração do tricloroetileno em função da altura do tanque;
(c)
Calcule a concentração média de solvente ao longo do tanque;
(d)
Calcule o fluxo molar do TCE.
(a)
(b)
(c)
(d)
Passo 1
O problema descreve difusão estacionária de vapor de TCE através do ar parado num tanque cilíndrico de altura total
,m, em que o nível do líquido é mantido em
,m de altura. Portanto a região gasosa tem espessura
Na superfície do líquido (altura
) o vapor está saturado à pressão
,atm e a atmosfera no topo (altura
) está isenta de solvente. A difusividade é
,cm
/s =
,m
/s. Vamos usar a lei de Fick em regime estacionário e sem reação.
Passo 2
As condições de contorno são
onde
é a concentração molar de vapor saturado a
C =
,K, com
,at
/(mo
).
Passo 3
Em regime estacionário e unidimensional
a solução é linear:
Impondo as contornos:
Logo
Passo 4
A concentração média ao longo da altura
é
Passo 5
O fluxo molar de difusão pela lei de Fick é
Calculando numericamente:
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d)
(b)
(c)
(d)