Determinação dos coeficientes de difusão no ar
Por: elanicelima • 27/10/2015 • Trabalho acadêmico • 2.151 Palavras (9 Páginas) • 1.305 Visualizações
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Docente: Eng. Manuela Correia
Data de realização: 11 – 06 - 2015
Data de entrega: 12– 06 – 2015
Trabalho laboratorial elaborado por:
- Diogo Boaventura 1130282 2DE
- Elanice Lima 1130111 2DE
- João Pedro Pontes 1120468 2DE
Sumário
O objetivo deste trabalho foi determinar para três temperaturas diferentes os coeficientes de difusão de um dado vapor no ar, neste caso foi o éter etílico.
As três temperaturas estudadas foram 22,35 ºC, 27,08 ºC e 32,35 ºC e os valores obtidos experimentalmente para a difusividade foram 2,40E-6, 1.88E-5e 3.92E-6 m2/s, respectivamente.
As três rectas obtidas pelas representações gráficas de [θ/(zx-z0)] em função de zx-z0 foram y = 4794,7x + 3092,4, y = 419,89x + 4905,2 e y = 1111,5x + 849,09, para os tanques 1, 2 e 3 respetivamente.
Verificou-se para valores de temperaturas mais elevadas obtém-se uma maior evaporação de éter etílico nos tubos, uma vez que a temperatura aproxima-se da temperatura de ebulição.
Índice
- Introdução Teórica.............................................................................................1
- Parte Experimental.............................................................................................4
- Resultados e Discussão......................................................................................6
- Conclusões.......................................................................................................11
- Bibliografia.......................................................................................................12
- Anexos..............................................................................................................13
1.Introdução Teórica
A transferência de massa está presente em muitas operações industriais através dos seus diversos mecanismos e é um processo análogo ao de calor por condução. A massa é transportada pelo movimento de uma dada espécie no sentido da sua diminuição de concentração.
A transferência de massa é o processo de transporte onde existe a migração de uma ou mais espécies químicas em um dado meio, podendo esse ser sólido, líquido ou gasoso. O transporte das espécies químicas pode ser feito por dois mecanismos: difusão ou convecção. São muitas as operações unitárias em que ocorre transferência de massa, podendo dar-se como exemplos: a extração sólido-líquido, a extração líquido-líquido, adsorção, absorção, transferência por membranas, humidificação, destilação, secagem, evaporação, etc.
Difusividade é a capacidade que as substâncias possuem de se misturar. Pode ser dividida em difusividade molecular e difusividade convectiva. A primeira ocorre quando não há acção (mecânica) para promover a difusão. Exemplo: açúcar numa xícara de café, se não houver agitação o açúcar vai demorar mais tempo a dissolver-se. A segunda ocorre quando há forças que contribuem para essa dissolução.
A difusão molecular ou transporte molecular pode ser definido como a transferência ou movimento de moléculas individuais através de um fluido, movimento feito aleatoriamente. Resulta de agitação térmica das moléculas. Estas movem-se ao acaso em todas as direções mas se existir um gradiente de concentração haverá um movimento maior no sentido que tende a diminuir o referido gradiente
Existem alguns métodos para determinar a difusividade de um vapor. o método usado foi o método de Winkelmann (difusão de A através de um componente B estagnado - difusão de Stefen). Este é bastante prático: consiste em deixar evaporar um líquido num tubo de vidro vertical, sobre o topo do qual se faz passar uma corrente de gás isento de vapor, com uma rapidez suficiente para que a pressão de vapor se mantenha quase nula. Se se mantiver o aparelho a uma temperatura perfeitamente constante, não haverá correntes turbinais no tubo vertical e a transferência de massa a partir da superfície far-se-á apenas por difusão molecular, já mencionada. A velocidade de evaporação pode ser observada mediante a velocidade de queda da superfície do líquido, e visto que se conhece o gradiente de concentração, pode então calcular-se a difusividade do vapor.
A figura 1 é a esquematização do que foi dito em cima, sobre o método de stefen:
[pic 4]
Figura 1: Representação esquemática da corrente de ar a passar pelo tubo de ensaio que contém o éter etílico.
No nosso caso, existem duas fórmulas que nos permitem determinar a difusividade do éter etílico a diversas temperaturas. A primeira expressão relaciona o zx com o tempo:
[pic 5][pic 6] (equação 1)
Onde:
zx : comprimento de transferência de massa no instante θ;
z0 : comprimento de transferência de massa no instante θ = 0;
θ : tempo;
[pic 7] :difusividade de A em B;
P: pressão total;
R: constante dos gases perfeitos;
T: temperatura;
MA: massa molar de A;
ρA: massa volúmica de A;
PAt: pressão parcial de A no topo do tubo de ensaio;
PAi: pressão parcial de A na interface.
Rearranjando esta expressão, obtemos a segunda fórmula:
[pic 8] (equação 2)
Onde:
[pic 9] (equação 3)
Em muitos casos não se pode conhecer a difusividade teórica na transferência de um gás no seio de outro e pode não ser viável a sua determinação experimental. Têm-se feito muitas tentativas para exprimir a difusividade em termos de outras propriedades físicas e esta equação empírica de Maxwell modificada por Gilliland, conduz a uma concordâ5ncia satisfatória com os resultados que se observam:
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