Pacientes acometidos por hipoxemia (falta de oxigenação no sangue) têm a necessidade de tratamento por oxigenoterapia, que consiste na administração de oxigênio em uma concentração maior do que se encontra no ambiente normal. Quando realizada coletivamente, há a necessidade de se concentrar o oxigênio do ar para alimentar uma tenda de oxigênio que pode abrigar vários pacientes.
No fluxograma que segue, ar (1) composto em base molar por 21 % de O2, 78 % de N2 e 1 % de outros gases (OG), principalmente CO2 e gases nobres, é alimentado a um concentrador de oxigênio que eleva o teor de O2 para 93 % em mols. A corrente concentrada em O2 (4) é alimentada à tenda, juntamente com a corrente desviada de ar (3)), perfazendo na tenda um teor de 35 % em mols de O2, adequado para atender às necessidades dos pacientes.
Obtenha:
a) a relação entre as correntes de O2 concentrado e alimentado: R4 / 1=n4 / n1.
b) as composições de todas as correntes do processo.
Composiçōes molares:
Corrente (1): 21 % de O2, 78 % de N2 e 1 % de OG.
Corrente (4): 93 % de O2 e 2,5 % de OG.
Corrente (5): 95,8 % de N2.
Corrente (6): 65 % de N2 e de OG.
(4,0 pontos)

Passo 1

Resumo do enunciado: o ar na corrente ( 1) (composição molar 0,21,O2,;0,78,N2,;0,01,OG) é dividido em duas partes: uma fração f escapa direto como corrente ( 3) e a fração restante (1-f) vai ao concentrador, que gera a corrente rica em oxigênio ( 4) ( 0,93,O2,;0,045,N2,;0,025,OG) e o rejeito ( 5) ( 0,958,N2 informado). As correntes ( 3) e ( 4) se misturam na tenda gerando a corrente ( 6) com 35% de O2. Vamos usar balanços de massa de O2, N2 e OG para achar a fração R=n4/n1 (item a) e as composições de todas as correntes (item b).

Passo 2

Balanço de O2 na mistura (correntes 3+4to 6):
0,93,n4 + 0,21,n3 ;=;0,35,(n4+n3)
Rearranjando,
(0,93-0,35)n4 = (0,35-0,21)n3 Longrightarrow 0,58,n4 = 0,14,n3 Longrightarrow n3 = 0,580,14,n4 = 4,142857,n4

Passo 3

Definindo
R = n4n1, f = n3n1,
temos n3/n4 = f/R = 4,142857, logo
f = 4,142857,R

Passo 4

Balanço de N2 no concentrador (entrada (1-f)n1 Rightarrow saídas n4 e n5):
0,78,(1-f),n1 ;=;0,045,n4 ;+;0,958,n5, n5 = (1-f)n1 - n4
Dividindo por n1 e usando n4/n1=R e f=4,142857R,
0,78,(1-f) =0,045,R + 0,958,l(1-f-Rr)
Substituindo f e resolvendo para R obtém-se
R approx 0,108, fapprox 0,447

Passo 5

Fluxos normalizados (por n1):
n4 = 0,108,n1, n3 = f,n1 = 0,447,n1, n5 = (1-f-R),n1 = 0,445,n1, n6 = n3+n4 = 0,555,n1

Passo 6

Composição da corrente ( 5) pela balança de OG e de O2 no concentrador:
– OG: 0,01,(1-f)n1 = 0,025,n4 + x5,OG,n5
O2: 0,21,(1-f)n1 = 0,93,n4 + x5,O2,n5
Daí
x5,O2approx0,0351, x5,OGapprox0,0064, x5,N2=0,958

Passo 7

Composição da corrente ( 6) misturando ( 3) e ( 4):
x6,O2=35,0%, x6,N2=0,045,n4+0,78,n3n6approx63,7%, x6,OGapprox1,3%

Resposta

a) R4/1=n4n1approx0,108
b) Composições molares:
Corrente ( 1): 21,0%,O2,;78,0%,N2,;1,0%,OG
Corrente ( 3): igual a ( 1): 21,0%,78,0%,1,0%
Corrente ( 4): 93,0%,O2,;4,5%,N2,;2,5%,OG
Corrente ( 5): 3,51%,O2,;95,8%,N2,;0,64%,OG
Corrente ( 6): 35,0%,O2,;63,7%,N2,;1,3%,OG

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