UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE TECNOLOGIA DEPARTA DEPARTAMENTO MENTO DE ENGENHARIA ENGENHARI A QUÍMICA LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
DIFUSIVIDADE EM GASES (COEFICIENTE DE DIFUSÃO) Neves, C.T. M.1, Dalla, C.E.R. 1, Xavier, F.A. 1, Pereira, G.N.1 e Machado Junior, H. F. 1
Aluno DE!"#FRRJ $ Pro%essor DE!
De'er(i (ina na)* )*o o e+e e+eri ri(e (en' n'al al do coe%i coe%ici cien en'e 'e de di%u di%us*o s*o OBJETIVO & De'er u'il u'ili-a i-and ndo o o ('o ('odo do de /in0e in0el( l(an ann, n, ue ue u( ('o ('odo do r2'i r2'ico co ara ara de'er(inar di%usividade de vaores.
1. INTRODUÇÃO E( u( sis'e(a de dois ou (ais co(onen'es na ual as concen'ra)3es varia( de on'o a on'o, h2 u(a 'end4ncia na'ural de a (assa ser 'rans%erida, (ini(i-ando as di%eren)as de concen'ra)*o en're os sis'e(as. 5 'ransor'e de u( cons'i'uin'e de u(a re6i*o de al'a concen'ra)*o ara auela de (enor concen'ra)*o cha(ado de 'rans%e 'rans%er4n r4ncia cia de (assa. (assa. A 'rans%er4 'rans%er4nci nciaa de (assa (assa ode ode ocorrer ocorrer elo elo (ovi( (ovi(en' en'o o (olecular ao acaso e( %luidos es'a6nados ou ode( ser 'rans%eridos a ar'ir de u(a suer%7cie ara u( liuido e( (ovi(en'o, adicionado elas carac'er7s'icas din8(icas do escoa(en'o. Podere( Podere(os os 'er den'ro den'ro de u( %en9(e %en9(eno no de 'rans%er 'rans%er4nc 4ncia ia de (assa (assa diversa diversass con'ri:ui)3es. Duas no resen'e (o(en'o 'orna(;se as (ais ur6en'es< ; Con'ri:ui)*o di%usiva< 'ransor'e de (a'ria devido =s in'era)3es (oleculares> ; Con'ri:ui)*o convec'iva< au+7lio ao 'ransor'e de (a'ria co(o conseu4ncia do (ovi(en'o do (eio. A di%us*o reresen'a u( %en9(eno de 'rans%er4ncia de (assa ue sur6e devido a u(a di%eren)a de o'encial. Es'e %en9(eno o resons2vel or (ui'as das oera)3es uni'2r uni'2rias ias e+is'en e+is'en'es 'es no ca(o ca(o da En6enh En6enhari ariaa !u7(i !u7(ica. ca. A 6rande-a 6rande-a ue (ede (ede a ?%or)a@ da 'rans%er4ncia de (assa, no %en9(eno da di%us*o, a di%usividade (2ssica ou coe%icien'e de di%us*o. Para de'er(inar e+eri(en'al(en e+eri(en'al(en'e 'e o coe%icien'e coe%icien'e de di%us*o di%us*o de u(a su:s'8ncia su:s'8ncia l7uida e( u( 62s nu(a dada 'e(era'ura, ode(os usar o M'odo de /in0el(ann. 5 rocedi(en'o consis'e e( evaorar l7uido e( u( 'u:o de vidro ver'ical, onde, so:re seu 'oo, se %a- assar u(a corren'e de 62s isen'o de vaor. 5correr2 a %or(a)*o de u(a ca(ada es'acion2ria des'e 62s en're o e+'re(o a:er'o do 'u:o e a suer%7cie do l7uido. Des'e (odo, elas di%eren'es concen'ra)3es des'a su:s'8ncia na
%ase 6asosa, a su:s'8ncia l7uida se vaori-a e se di%unde nes'a ca(ada es'acion2ria. Devido ao arras'e da su:s'8ncia l7uida elo 62s, co( o 'e(o, ocorre u(a varia)*o da dis'8ncia en're o n7vel de l7uido e a e+'re(idade do 'u:o. A ar'ir des'a varia)*o, o:'ida a'ravs de dados e+eri(en'ais, ode;se de'er(inar o valor do coe%icien'e de di%us*o da su:s'8ncia l7uida no 62s nu(a cer'a 'e(era'ura.
2. MATERIAIS E MTODOS 2.1 MATERIAIS • • • • •
Tu:o de vidro> Ter(9(e'ro> Trena> Co(ressor ara ali(en'a)*o de ar> olven'e Bace'ona.
2.2 PROCEDIMENTO E!PERIMENTAL Para a de'er(ina)*o do coe%icien'e de di%us*o, u( 'u:o de vidro %oi arcial(en'e reenchido co( ace'ona, cua e+'re(idade suerior es'ava conec'ada a u( 'u:o de :orracha li6ada a u( co(ressor, na ual assa u(a %raca corren'e de ar isen'a de vaor da ace'ona. Fora( ano'ados os dados da varia)*o de al'ura da coluna de l7uido, assi( co(o a 'e(era'ura a(:ien'e no (o(en'o da (edi)*o, co( o au+7lio de u( 'er(9(e'ro e u(a 'rena. As (edidas %ora( %ei'as den'ro de cer'os er7odos ao lon6o de 'r4s dias.
". RESULTADOS E DISCUSSÃO 5s dados o:'idos e+eri(en'al(en'e es'*o e+ressos na Ta:ela 1 a:ai+o.
Medida 1 2 3 # 5 " 7
Data 21/mar 22/mar 22/mar 22/mar 23/mar 23/mar 23/mar
Hora 13:13 1!:17 11:#2 15:!7 !:51 13:15 15:#!
T(°C) 29,5 2,7 29,# 31," 29,# 31 31
Comprimento( cm) Δt(horas) 27, 21,!"7 27,2 22,#3 2,5 25,9!! 2,# #3,"33 2,9 #,!33 29,1 5!,#5! 29,1
Ta:ela 1< Dados e+eri(en'ais
5 coe%icien'e de di%us*o e+eri(en'al BDAe+ ode ser de'er(inado ela varia)*o da al'ura da solu)*o de ace'ona co( o 'e(o, e+ressa na eua)*o 1.
$
L
− L $ = o
$ D AB M A P RT ρ A
Ln
P t P P − v
BEua)*o 1
5nde< ; Dis'8ncia en're as e+'re(idades do 'u:o e o n7vel de l7uido, nu( dado 'e(o ' Bc(> I ; Dis'8ncia en're as e+'re(idades do 'u:o e o n7vel de l7uido, nu( dado ins'an'e inicial Bc(> MA ; Peso (olecular da su:s'8ncia l7uida> P ; Press*o 'o'al Ba'(> Pv ; Press*o de vaor Ba'(> ' ; Te(o Bs> DA ; Coe%icien'e de di%us*o de A e( Bc($"s> A ; Massa esec7%ica B6"c(K T ; Te(era'ura BL> R ; Cons'an'e dos Gases $,I$ a'(.c( K.6(ol ;1.L ;1. As a o:'en)*o dos dados, %oi de%inido o valor de I e calculou;se o valor de 'e(era'ura (dia< I O $, ( T(dia O KI,I QC A Ta:ela $, ori6inada co( :ase nos dados da Ta:ela 1, e+ressa os valores calculados das di%eren)as das al'uras da solu)*o de ace'ona e( cada (edi)*o, un'a(en'e co( o 'e(o.
Δt(s) 75#! !9#! 932#! 157!! 17292! 11"2!
%&'%o& (cm&) '33 39,#1 33,72 "2,37 73,97 73,97
Ta:ela $< Dados e+eri(en'ais resu(idos
5 /mo* !,792 /cm + acetona 1 atm -(atm) dinacm/mo* 2,!2 0 . !,37" atm -ap 3!3,!" 0 TMdia MMcetona
Ta:ela K< alores
roriedades
re%eren'es = ace'ona e"ou ao sis'e(a.
u:s'i'uindo na eua)*o 1 os dados o:'idos na Ta:ela $, un'a(en'e co( os valores de roriedades re%eren'es = ace'ona e"ou ao sis'e(a e+ressos na Ta:ela K, ode(os encon'rar o valor e+eri(en'al do coe%icien'e de di%us*o.
A lineari-a)*o a eua)*o 1 nos %ornece u( coe%icien'e an6ular ue ode ser u'ili-ado ara es'i(ar o valor de DA, 2 ue 'odas as ou'ras inc6ni'as ue reresen'a( o coe%icien'e an6ular da re'a s*o cons'an'es. Para (elhor visuali-a)*o, os on'os e+eri(en'ais %ora( e+ressos 6ra%ica(en'e, co(o (os'rado na Fi6ura 1, relacionando a varia)*o da al'ura co( o 'e(o.
Fi6ura 1< Gr2%ico varia)*o de al'ura do l7uido versus 'e(o Co( a eua)*o da re'a ?S O I,III+@ ori6inada a ar'ir do 6r2%ico, o:'(;se u( coe%icien'e an6ular de I,1K. o6o, o valor do coe%icien'e de di%us*o e+eri(en'al de I,1K c( $"s. A li'era'ura %ornece dados de DA ara o sis'e(a ace'ona"ar, avaliados e( ress*o a'(os%rica e 'e(era'ura de $K,1U L, de I,1IV c( $"s. Deve;se en'*o corri6ir o resul'ado e+eri(en'al ara os (es(os valores de 'e(era'ura e ress*o do valor o%icial. Para 'al, u'ili-a;se a se6uin'e eua)*o, conhecida co(o eua)*o de Fuller, e+ressa na eua)*o $. 1, PU
( ) P 1 T $ = ( T 1 , P 1 ) P $ T 1
D AB T $ , P $ D AB
BEua)*o $
5:'(;se, en'*o, o valor de I,11V c($"s. A %i( de co(arar o valor o:'ido e+eri(en'al(en'e e o valor 'erico ara o coe%icien'e de di%us*o, calcula;se o desvio rela'ivo, co(o (os'ra a eua)*o K.
BEua)*o K 5 valor o:'ido ara o desvio rela'ivo de ,W.
#. CONCLUSÃO Nes'e e+eri(en'o, ara u(a 'e(era'ura (dia de KI,IC BKIK,$K L e ress*o de 1 a'(, o:'eve;se u( valor de I,1K c( $"s ara o coe%icien'e de di%us*o da ace'ona no ar. Corri6indo;se es'e valor ara a 'e(era'ura de $K,1U L, u'ili-ando a correla)*o de Fuller, encon'ra;se u( D A de I,11V c( $"s. A ar'ir de en'*o, co( u( desvio rela'ivo de ,W, conclui;se ue, nas (es(as condi)3es de 'e(era'ura e ress*o, o valor o:'ido e+eri(en'al(en'e encon'ra;se :e( r+i(o do 'erico o ue nos er(i'e con%ir(ar a validade e e%ici4ncia do ('odo e+eri(en'al u'ili-ado.
$. REFER%NCIAS BIBLIOGR&FICAS AMEYDA e'al., a:ora'rios did2'icos do Dear'a(en'o de En6enharia !u7(ica< Da 'eoria = r2'ica, ED#R, #FRRJ, erodica, RJ, $I11. CREMAC5, M. A. ; Funda(en'os de Tran%er4ncia de Massa, $ ed, $II$. YNCR5PERA, F. P. e De/i'', D. P., ?Funda(en'os de Trans%er4ncia de Calor e Massa@, Ka ed., Guana:ara Dois, 1VV$. #P5RYNY, ., Trans%er4ncia de Massa, #niversidade Federal da ahia, A6os'o, $IIU.
