Uma mistura gasosa a 1 atm e
possui a seguinte composição molar:
de
de
de
e
de
. As velocidades absolutas de cada espécie são, respectivamente, iguais a
e
. De posse destas informações calcule:
a) As contribuições convectivas (molar e mássica) do fluxo de
na mistura;
a) As contribuições convectivas (molar e mássica) do fluxo de
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício de Física dos Gases onde precisamos calcular as contribuições convectivas (tanto molar quanto mássica) do fluxo de oxigênio (
) numa mistura gasosa. Para resolver isso, vamos precisar entender como calcular fluxos convectivos usando as velocidades absolutas e as frações molares dos componentes da mistura.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar o que são as contribuições convectivas. Em uma mistura gasosa, cada componente tem uma velocidade absoluta, e essa velocidade contribui para o transporte de massa e mol de cada espécie. As contribuições convectivas molar e mássica são, respectivamente, a quantidade de mols e de massa transportadas por unidade de tempo através de uma área.
Passo 3
Vamos começar calculando a contribuição convectiva molar do
. A fórmula para isso é:
Onde:
-
é o fluxo molar do componente . -
é a fração molar do componente na mistura. -
é a velocidade absoluta do componente . -
é a concentração molar total da mistura.
Passo 4
Primeiro, precisamos encontrar a concentração molar total (
) da mistura. Sabemos que a pressão total (
) é 1 atm e a temperatura (
) é
, que em Kelvin fica:
Vamos usar a equação dos gases ideais para encontrar
:
Onde
é a constante dos gases ideais (
). Rearranjando para
:
Passo 5
Agora, vamos calcular o fluxo molar do
:
Sabemos que
e
.
Assumindo que a área transversal não foi especificada, consideraremos uma área unitária para simplificar. Então:
Passo 6
Agora, vamos calcular a contribuição convectiva mássica do
. A fórmula é:
Onde
é a massa molar do componente
. Para o
,
.
Passo 7
Calculando o fluxo mássico do
:
Resposta
A contribuição convectiva do fluxo de
na mistura é aproximadamente
(molar) e
(mássica).