Cinqüenta ( 50 )
de tolueno líquido a 1,2 bar são resfriados de 100 para
. Um ciclo de refrigeração por compressão de vapor é usado para esse propósito. Amônia é o fluido de trabalho. A condensação no ciclo é efetuada em um resfriador a ar (trocador de calor) aletado, com ventilador, no qual a temperatura do ar pode ser considerada constante e igual a
. Determine:
(b) A vazão de circulação da amônia (
).
Considere a diferença mf́nima de temperatura para a troca térmica (
) igual a
. Dados para a amônia:
onde
está em bars e
em kelvins.
(b) A vazão de circulação da amônia (
Considere a diferença mf́nima de temperatura para a troca térmica (
Passo 1
Beleza, olha só o que temos: 50 kmol/h de tolueno líquido a 1,2 bar vão ser resfriados de 100 °C para 20 °C usando um ciclo de refrigeração por compressão de vapor com amônia.
Conteúdo aplicado aqui: balanço de energia no tolueno (Q = ṁ·cp·ΔT) e balanço de energia no refrigerante (Q = ṁ·ΔH_l→v).
Vamos precisar de:
• Cp médio do tolueno líquido (aproximamos em ~156,6 J/(mol·K))
• Latent heat da amônia (ΔH_l→v = 23,34 kJ/mol)
• Diferença mínima de temperatura ΔT_min = 10 °C
Conteúdo aplicado aqui: balanço de energia no tolueno (Q = ṁ·cp·ΔT) e balanço de energia no refrigerante (Q = ṁ·ΔH_l→v).
Vamos precisar de:
• Cp médio do tolueno líquido (aproximamos em ~156,6 J/(mol·K))
• Latent heat da amônia (ΔH_l→v = 23,34 kJ/mol)
• Diferença mínima de temperatura ΔT_min = 10 °C
Passo 2
Calcular o calor que tenho de tirar do tolueno:
ṁ_tol = 50 kmol/h = 50 000 mol/3600 s ≃ 13,89 mol/s
ΔT_tol = (100 – 20) °C = 80 K
Usando Q = ṁ·cp·ΔT, com cp ≃ 156,6 J/(mol·K), dá:
ṁ_tol = 50 kmol/h = 50 000 mol/3600 s ≃ 13,89 mol/s
ΔT_tol = (100 – 20) °C = 80 K
Usando Q = ṁ·cp·ΔT, com cp ≃ 156,6 J/(mol·K), dá:
Passo 3
No evaporador a amônia vai ter temperatura aproximadamente:
T_evap = T_saída do tolueno – ΔT_min = 20 °C – 10 °C = 10 °C (283 K)
No condensador:
T_cond = T_ar ambiente + ΔT_min = 20 °C + 10 °C = 30 °C (303 K)
Isso só garante que o trocador funcione; a gente já assume ΔH_l→v = 23,34 kJ/mol fornecido.
T_evap = T_saída do tolueno – ΔT_min = 20 °C – 10 °C = 10 °C (283 K)
No condensador:
T_cond = T_ar ambiente + ΔT_min = 20 °C + 10 °C = 30 °C (303 K)
Isso só garante que o trocador funcione; a gente já assume ΔH_l→v = 23,34 kJ/mol fornecido.
Passo 4
Cada mol de amônia que evapora fornece 23,34 kJ de efeito frigorífico.
Logo, a vazão molar de amônia é:
Logo, a vazão molar de amônia é:
Resposta
A vazão de circulação de amônia necessária é de aproximadamente 7,45 mol/s.