Calcule os seguintes evaporadores:
Um evaporador de duplo efeito opera de forma que a alimentação passa por dois pré-aquecedores antes de entrar no primeiro efeito. No primeiro pré-aquecedor é utilizado parte do vapor produzido no primeiro efeito e, no segundo, parte do vapor produzido no segundo efeito. A temperatura de alimentação, antes dos pré-aquecedores, é de
. Após o primeiro pré-aquecedor, passa a ser
e, após o segundo,
. A temperatura do vapor produzido no primeiro efeito é de
e, no segundo efeito,
. A vazão de alimentação é de
, e o vapor de aquecimento está saturado a
e a quantidade de água evaporada
. Determine a economia da unidade e a vazão de água utilizada em um condensador de contato acoplado ao segundo efeito. Considerar epe
e
para todas as soluções e temperatura da água de resfriamento a
.
Um evaporador de duplo efeito opera de forma que a alimentação passa por dois pré-aquecedores antes de entrar no primeiro efeito. No primeiro pré-aquecedor é utilizado parte do vapor produzido no primeiro efeito e, no segundo, parte do vapor produzido no segundo efeito. A temperatura de alimentação, antes dos pré-aquecedores, é de
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão tá pedindo. Temos um evaporador de duplo efeito, que usa dois pré-aquecedores antes de entrar no primeiro efeito. A gente quer descobrir duas coisas importantes:
- Economia da unidade: Isso basicamente nos diz quanto de energia a gente está economizando usando esse sistema de duplo efeito.
- Vazão de água no condensador de contato acoplado ao segundo efeito: Queremos saber quanta água está sendo usada para condensar o vapor no segundo efeito.
Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco de termodinâmica aplicada a evaporadores, especialmente como funcionam os efeitos múltiplos e como calcular o balanço de energia nesse sistema.
Passo 2
Primeiro, vamos resumir as informações que temos:
-
Temperaturas:
- Alimentação inicial:
- Após primeiro pré-aquecedor:
- Após segundo pré-aquecedor:
- Vapor do primeiro efeito:
- Vapor do segundo efeito:
- Vapor de aquecimento saturado:
- Temperatura da água de resfriamento:
- Alimentação inicial:
-
Vazões:
- Vazão de alimentação:
- Água evaporada:
- Vazão de alimentação:
-
Propriedades:
-
- EPE (energia potencial ou algo similar) =
-
Vamos começar calculando a economia de energia da unidade.
Passo 3
Economia da Unidade
A economia de energia em um evaporador de duplo efeito é a quantidade de energia economizada comparada com um evaporador de único efeito. Para calcular isso, precisamos avaliar o balanço de energia em cada efeito.
Primeiro, vamos calcular a energia necessária para aquecer a alimentação e evaporar a água no primeiro efeito.
Energia para aquecer a alimentação:
A alimentação é aquecida de
para
no primeiro pré-aquecedor.
Usamos a fórmula:
Onde:
Então:
Energia para aquecer de
para
:
Energia para evaporar água no primeiro efeito:
Para evaporar
de água a
, precisamos considerar o calor latente de vaporização (
). Supondo
(valor típico para água):
Total de energia no primeiro efeito:
No duplo efeito, parte dessa energia é reutilizada no segundo efeito, o que gera a economia.
Passo 4
Cálculo da Economia
No segundo efeito, o vapor do primeiro efeito é utilizado para aquecer a alimentação de
para a temperatura de entrada do segundo efeito. Vamos calcular essa parte.
Energia fornecida pelo vapor do primeiro efeito:
A quantidade de vapor produzido no primeiro efeito é
a
. O calor liberado ao condensar esse vapor é:
Essa energia é utilizada no segundo efeito, reduzindo a necessidade de calor externo.
Assim, a economia da unidade é igual a essa energia reutilizada:
Passo 5
Vazão de Água no Condensador de Contato
Agora, vamos calcular a vazão de água utilizada no condensador de contato acoplado ao segundo efeito.
Sabemos que a água de resfriamento entra a
e deve sair aquecida até
(temperatura do vapor no segundo efeito).
Usando a fórmula do balanço de energia:
Aqui,
é a energia fornecida pelo vapor no segundo efeito, que é igual à energia absorvida pela água de resfriamento.
Sabemos que:
E a mudança de temperatura da água é:
Resolvendo para
(vazão de água):
Resposta
A economia da unidade é de 108 kcal/s e a vazão de água utilizada no condensador de contato é aproximadamente 1,27 kg/s.