Um revestimento polimérico com espessura de
, reveste uniformemente uma superfície retangular. A superfície retangular tem 20 cm de comprimento e 10 cm de largura. O revestimento contém um solvente que deve ser evaporado para que o revestimento cure. Inicialmente, há
de solvente por
de revestimento aplicado. Uma placa aquecida logo abaixo da superfície mantém o revestimento a uma temperatura uniforme de
, e a pressão de vapor exercida pelo solvente é de
. O ar flui paralelo ao comprimento sob
. O ar circundante sob
de pressão total do sistema e
representa um “sumidouro infinito” para transferência de massa. Quanto tempo levará para o solvente evaporar completamente do revestimento? Considere as propriedades do ar sob temperatura média e
. Resposta:
.
Passo 1
O enunciado trata da evaporação de um solvente de um revestimento polimérico fino exposto a um escoamento de ar laminar sobre uma placa. O controle de massa ocorre na fase gasosa acima do filme, então vamos usar correlação de convecção para escoamento laminar sobre placa plana, envolvendo os números adimensionais de Reynolds, Schmidt e Sherwood, para obter o coeficiente de transferência de massa
.
Passo 2
Calculemos o volume do revestimento e a quantidade inicial de solvente.
A área da placa é
A área da placa é
e a espessura é
, logo o volume é
Como há
mol de solvente por cm
, a quantidade total é
Passo 3
Agora obtemos o coeficiente de transferência de massa na fase gasosa. Para temperatura média de
, adota-se a viscosidade cinemática do ar
. Com velocidade do ar
e comprimento
calculamos
Para escoamento laminar a correlação média é
O coeficiente de transferência de massa é
Passo 4
A concentração de vapor de solvente na interface, pela lei dos gases ideais, é
Passo 5
O fluxo molar de evaporação por unidade de área é
Como a área é
, a taxa total de evaporação é
O tempo para evaporar
mol é
Resposta
O solvente evaporará completamente em aproximadamente
segundos.