Em uma mistura gasosa binária ( A, B ), a velocidade média das moléculas de A e B é igual a 50 cm / s e 20 cm / s, respectivamente, na direção z. Com base nisso, responda:
a) O fluxo convectivo de A, sabendo que a mistura se encontra nas CNTP e que a fração molar de A é igual a 0,3 ;
b) O fluxo difusivo de A.

Passo 1

O enunciado trata de uma mistura gasosa binária ( A,B) em CNTP ( T=273 K, P=1 atm). Sabemos as velocidades molares médias na direção z:
;vA=50 cm/s=0,5 m/s,
;vB=20 cm/s=0,2 m/s,
e a fração molar de A é yA=0,3 (logo yB=0,7).
Queremos (a) o fluxo convectivo de A, e (b) o fluxo difusivo de A.
Para isso vamos usar:
– A concentração total de gás em CNTP,
ctot=PRT,
– A velocidade de convecção do conjunto (velocidade média da mistura),
v = yA,vA + yB,vB,
– As definições de fluxos molares do BSLF (Bird–Stewart–Lightfoot):
NA,conv = cA,v, JA,diff = cA,(vA - v),
com cA = yA,ctot.

Passo 2

Calcular ctot em SI:
ctot = PR,T = 1,013times10^5,Pa8,314,tfracJmolcdotKtimes273,K approx44,6;molm^3
Logo
cA = yA,ctot =0,3times44,6 approx13,38;molm^3

Passo 3

Determinar a velocidade de convecção da mistura v:
v = yA,vA + yB,vB =0,3times0,5 + 0,7times0,2 =0,15 + 0,14 =0,29;m/s

Passo 4

Calcular o fluxo convectivo de A:
NA,conv = cA,v =13,38;molm^3times0,29;ms approx3,88;molm^2cdots

Passo 5

Calcular o fluxo difusivo de A:
JA,diff = cA,(vA - v) =13,38;molm^3times(0,5 - 0,29);ms =13,38times0,21 approx2,81;molm^2cdots

Resposta

(a) NA,convapprox3,88;mol/(m^2cdot s)
(b) JA,diffapprox2,81;mol/(m^2cdot s)

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