03 - (Peso 3,0) Um secador a ar quente manipula
de uma alimentação com umidade de
base úmida, para reduzir o conteúdo de umidade até
base seca. Ar atmosférico a
com umidade relativa de
é pré-aquecido a uma temperatura de
. O ar de exaustão deixa o secador a
. Calcule:
a)
a vazão volumétrica de ar atmosférico manipulada pelo aquecedor.
b)
a demanda energética no pré-aquecedor.
a)
b)
Passo 1
Vamos resumir o enunciado e indicar o que precisaremos. Temos uma alimentação de
;kg/h com umidade inicial de
em base úmida, que é seca até
em base seca. Isso significa que retiramos água do produto, e essa água é transferida para o ar de secagem. O ar de entrada está a
C e
de UR, é pré-aquecido a
C, e sai do secador a
C (assumiremos UR =
na saída). Queremos:
a) a vazão volumétrica de ar atmosférico que passa pelo pré-aquecedor;
b) a potência térmica para aquecer esse ar de até
C.
a) a vazão volumétrica de ar atmosférico que passa pelo pré-aquecedor;
b) a potência térmica para aquecer esse ar de
Conteúdo: balanço de massa de água e propriedades psicrométricas (razão de umidade, volume específico, calor específico).
Passo 2
Calculamos primeiro quanto de água é removido do produto. A massa de sólidos secos na alimentação é
Na saída, a umidade é
em base seca, isto é, razão água/sólidos secos
Logo, a água removida do produto é
sendo
a água inicial.
Passo 3
Determinamos as razões de umidade do ar de entrada (
) e do ar de saída (
).
Para , usamos a temperatura de entrada
C, UR
, pressão atmosférica
;kPa e pressão de saturação aproximada
;kPa:
Para
Para
, assumimos que o ar sai saturado a
C, com
;kPa:
Passo 4
Aplicamos balanço de massa de água no ar de secagem: a água retirada do produto vai para o ar, logo
Desse modo
Passo 5
Agora calculamos a vazão volumétrica desse ar à entrada, nas condições de
C e
;kPa. O volume específico do ar úmido é
onde
;kJ/(kg·K) e
;K. Logo
A vazão volumétrica é
Passo 6
Para a demanda energética no pré-aquecedor, elevamos o ar de
a
C,
;K. O calor específico do ar úmido vale aproximadamente
Logo a potência térmica é
que em kW vale
Resposta
a)
b)
b)