Transferência de Massa por Convecção

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<p>UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE – UNIVILLE</p><p>DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA</p><p>DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE – FTR</p><p>PROF.: ELIAS LUIZ DE SOUZA</p><p>TRANSFERÊNCIA DE MASSA POR CONVECÇÃO</p><p>1. Um cilindro poroso com diâmetro igual a 15,24 cm é colocado num túnel de vento. Ar seco a 38 °C flui</p><p>perpendicularmente ao cilindro com velocidade de 9,14 m/s. Se o cilindro está continuamente saturado com</p><p>água, estime o coeficiente de transferência de massa por convecção. Viscosidade cinemática do ar a 38 °C =</p><p>1,6644.10-5 m²/s. 0,012 m/s</p><p>2. O ar passa através de um leito recheado com esferas de naftaleno de 1 in de diâmetro. Sabendo-se que o</p><p>leito está a 10 °C, determine o coeficiente de transferência de massa convectivo médio para a sublimação do</p><p>naftaleno quando a velocidade média do ar que escoa nos espaços vazios é igual a 0,61 m/s. Viscosidade</p><p>cinemática do ar a 10 °C = 1,505.10-5 m²/s. 0,018 m/s</p><p>3. Em um posto de combustível, gasolina (C8H18) a 15,6 °C (ρ = 0,775 kg/L) foi derramado sobre uma superfície</p><p>plana, espalhando-se rapidamente numa área de 2 x 2m. A pressão de vapor do combustível a 15,6 °C é 0,14</p><p>atm. Uma brisa suave a 21,1 °C sopra com uma velocidade de 6,7 m/s paralelamente à superfície do fluido,</p><p>a película de ar em contato com o combustível está a uma temperatura média de 18,35 °C nessa temperatura</p><p>a viscosidade cinemática do ar é de 1,505.10-5 m²/s. Calcule o fluxo molar do combustível para a corrente de</p><p>ar, a velocidade de evaporação e o tempo que levará para a poça secar se ela possui 6,35 mm de</p><p>profundidade. 5,2.10-4 mol/m².s; 7,6.10-8 m/s; 23,21 h.</p><p>4. Considere que ar seco a 25 °C e 1 atm (ν = 1,6.10-5 m²/s) escoa a 60 m/s no interior de um tubo de 5 cm de</p><p>diâmetro feito de naftaleno. Determine o coeficiente convectivo de transferência de massa. 0,064 m/s</p><p>5. Refaça o exercício anterior considerando que o ar escoa pelo interior de um duto retangular de lados iguais</p><p>a 2 e 3 cm. 0,0742 m/s</p><p>6. Para realizar ensaios de transferência de massa, construiu-se uma coluna que se comporta como leito fixo</p><p>ou fluidizado, dependendo da velocidade de injeção do fluido de trabalho na base do equipamento. Para</p><p>realizar a experimentação, esferas de naftaleno de 2,9 mm de diâmetro foram eleitas como material de teste.</p><p>Utilizando-se ar seco como fluido de trabalho a 25 °C e 1 atm determine o coeficiente convectivo de</p><p>transferência de massa quando a velocidade do ar injetado é de 14,91 cm/s, nesta condição observou-se que</p><p>o leito permanecia fixo, e quando a velocidade do ar dobra, neste caso o leito fluidiza e a fração de vazios é</p><p>de 0.69. 0,0273 m/s; 0,022 m/s</p><p>7. Considere um tubo circular de diâmetro interno D = 0,015 m cuja superfície interna é coberta com uma</p><p>camada de água líquida como resultado da condensação. A fim de secar o tubo, o ar a 300 K e 1 atm é forçado</p><p>a escoar através dele com uma velocidade média de 1,2 m/s. Determine o coeficiente convectivo de</p><p>transferência de massa no interior do tubo para escoamento completamente desenvolvido. Viscosidade</p><p>cinemática do ar = 1,58.10-5 m²/s. 0,0062 m/s</p><p>8. Em um dia de verão, a temperatura do ar é de 27 °C e sua umidade relativa é de 30%. Água evapora da</p><p>superfície de um lago a um fluxo de 0,1 kg/h.m². A temperatura da água também é de 27 °C. Determine o</p><p>valor do coeficiente de transferência de massa por convecção. 0,155 m/s</p><p>9. Considere um bastão de retangular de naftaleno exposto ao ar em escoamento transversal com velocidade</p><p>de 10 m/s e temperatura de 27 °C. As dimensões do bastão são 10 x 30 x 500 mm. Determine a massa perdida</p><p>do bastão após 30 min. Naftaleno: M = 128,16 g/mol, pressão de saturação = 1,33.10-4 bar; viscosidade</p><p>cinemática do ar = 1,589.10-5 m²/s. 8 mg</p><p>10. Refaça o exercício anterior caso escoamento transversal com velocidade de 20 m/s e também para o caso de</p><p>escoamento cruzado.</p><p>Principais adimensionais</p><p>1. N° de Sherwood 𝑆ℎ =</p><p>𝑘𝑚. 𝐿</p><p>𝐷𝐴𝐵</p><p>Retrata a coexistência dos fenômenos de difusão e convecção</p><p>mássica por intermédio da relação entre as resistências.</p><p>2. N° de Schmidt 𝑆𝑐 =</p><p>𝑣</p><p>𝐷𝐴𝐵</p><p>Retrata a simultaneidade entre os fenômenos de TQM e TM</p><p>em nível molecular.</p><p>3. N° de Stanton 𝑆𝑡 =</p><p>𝑘𝑚</p><p>𝑢∞</p><p>=</p><p>𝑆ℎ</p><p>𝑅𝑒. 𝑆𝑐</p><p>Retrata a simultaneidade entre os fenômenos de TQM e TM</p><p>em nível macroscópico.</p><p>4. N° de Peclet 𝑃𝑒 =</p><p>𝑢∞. 𝐿</p><p>𝐷𝐴𝐵</p><p>=</p><p>𝑅𝑒</p><p>𝑆𝑐</p><p>Retrata dois fenômenos distintos: TQM macroscópico e TM</p><p>molecular.</p><p>Convecção forçada sobre placa plana</p><p>a) Escoamento laminar (Re 5 . 105)</p><p>𝑆ℎ = 0,0365. 𝑅𝑒0,8. 𝑆𝑐1/3</p><p>Convecção forçada no interior de um duto circular (Tubo)</p><p>a) Escoamento laminar (Re 2,1 . 103; 1000 3000</p><p>Escoamento em leito fixo e fluidizado</p><p>a) Leito fixo (gases e líquidos)</p><p>𝑆ℎ𝑝 = 2 + 1,8. 𝑅𝑒𝑝</p><p>1/2. 𝑆𝑐1/3 𝑅𝑒𝑝 > 80</p><p>Ou</p><p>𝑆ℎ𝑝 = 2 + 1,1. 𝑅𝑒𝑝</p><p>0,6. 𝑆𝑐1/3 3</p>