Uma corrente de alimentação de
de uma solução salina a
(m/m) a 311 K entra continuamente em um evaporador simples efeito sendo concentrada até
. A evaporação ocorre sob pressão atmosférica e a área do evaporador é 69,7 m². Vapor saturado a 383,2 K é fornecido como vapor de aquecimento. Considerando que a solução é diluída, é possível assumir que possui o mesmo ponto de ebulição da água. A capacidade calorífica da alimentação pode ser considerada como
.
Determine e compare a economia do evaporador nestas duas condições.
Determine e compare a economia do evaporador nestas duas condições.
Passo 1
Beleza, olha o que a questão pede e o que vamos usar:
– Temos um evaporador de efeito simples concentrando solução salina de 2% para 3% (m/m), com vazão de alimentação de 4535 kg/h a 311 K.
– Vapor de aquecimento é vapor saturado a 383,2 K (110 °C).
– Supondo solução diluída, o ponto de ebulição é o da água e usamos cp = 4,10 kJ/kg·K para a alimentação.
– Conteúdo: balanço de massa (sal e água), balanço de energia (calor sensível + calor latente) e definição de economia de um evaporador (kg de água evaporada/kg de vapor de aquecimento).
O que vamos precisar:
– Temos um evaporador de efeito simples concentrando solução salina de 2% para 3% (m/m), com vazão de alimentação de 4535 kg/h a 311 K.
– Vapor de aquecimento é vapor saturado a 383,2 K (110 °C).
– Supondo solução diluída, o ponto de ebulição é o da água e usamos cp = 4,10 kJ/kg·K para a alimentação.
– Conteúdo: balanço de massa (sal e água), balanço de energia (calor sensível + calor latente) e definição de economia de um evaporador (kg de água evaporada/kg de vapor de aquecimento).
O que vamos precisar:
- Balancear massa de sal e água para achar a vazão de água evaporada;
- Calcular calor sensível para aquecer a alimentação até 373,15 K;
- Calcular calor latente para evaporar essa água;
- Calcular massa de vapor consumida e daí a economia em dois casos:
• Condição real (alimentação a 311 K), ou seja, incluindo sensível.
• Condição “ideal” (alimentação já a 373 K), ou seja, só latente.
Passo 2
Balanço de matéria para o sal e a água:
– Sal na alimentação:
– Sal na alimentação:
– Como o sal não some, na saída (produto)
– Água que sai no produto:
– Água que entra na alimentação:
– Logo, água evaporada
Passo 3
Calor sensível para aquecer a alimentação de 311 K até 373,15 K:
Calor latente para evaporar
usando
(água a 100 °C):
Total de calor necessário (condição real):
Passo 4
Massa de vapor de aquecimento consumida na condição real:
– Latente do vapor saturado a 383,2 K (110 °C):
– Latente do vapor saturado a 383,2 K (110 °C):
Economia real
= água evaporada / vapor consumido:
Passo 5
Condição “ideal” (ou seja, alimentação já a ebulição, sem calor sensível):
– Só precisamos do calor latente:
– Só precisamos do calor latente:
Economia ideal
:
Resposta
Economia real (com aquecimento sensível)
Economia ideal (sem aquecimento sensível)
Ou seja, se a alimentação já entrar a ebulição a economia sobe de cerca de 0,73 para 0,97 kg de água evaporada por kg de vapor.
Economia ideal (sem aquecimento sensível)
Ou seja, se a alimentação já entrar a ebulição a economia sobe de cerca de 0,73 para 0,97 kg de água evaporada por kg de vapor.