Desenhe esquematicamente um processo de simples estágio de evaporação, colocando as entradas e saidas das correntes.
Passo 1
O enunciado pede que eu desenhe esquematicamente um processo de evaporação de simples estágio e que eu coloque as entradas e saídas das correntes. Informação dada: trata-se de um único estágio de evaporação (ou seja,
efeito) — não há outras informações numéricas no enunciado. O que deve aparecer no esquema: corrente de alimentação, corrente(s) de aquecimento (vapor de aquecimento e condensado), corrente de vapor evaporado e corrente de líquido concentrado. Nada mais foi fornecido.
Passo 2
Vamos identificar os elementos e as correntes que obrigatoriamente devem aparecer no desenho. Vou explicar cada coisa devagarinho, como se estivéssemos montando o desenho na prova:
- Alimentação: chamada de
. Tem uma fração mássica do soluto (não-volátil) que chamamos de . Essa corrente entra no evaporador. - Vapor produzido: chamado de
. É o solvente evaporado que sai do topo do evaporador. - Líquido concentrado (resíduo): chamado de
(às vezes usa-se ou — aqui uso de “resíduo”). Tem fração mássica do soluto e sai pela saída inferior. - Vapor de aquecimento (vapor vivo): chamado de
(steam). Entra para fornecer calor ao processo, condensa e sai como condensado . - Calor fornecido:
, proveniente da condensação do vapor . É esse calor que causa a evaporação de massa .
Esses são os nomes que vou usar no esquema e nas contas rápidas.
Passo 3
Agora uma rápida aula sobre balanços de massa (isso é essencial para entender e para a prova). Em regime estacionário, para o evaporador de
estágio, temos:
- Balanço de massa total:
isso significa: a massa que entra (
) sai em forma de vapor (
) mais o líquido concentrado (
).
- Balanço de soluto (assumindo soluto não-volátil, ou seja, não passa para o vapor):
a massa de soluto que entra deve ser a mesma que sai pelo resíduo
. Aqui
e
são frações mássicas (por exemplo,
ou
).
Explicação simples: para encontrar
você usa a equação do soluto e depois obtém
pela equação total. Esse é o caminho clássico na prova.
Passo 4
Agora a parte de energia, também em linguagem de prova. O calor necessário para evaporar
é o calor latente do solvente vezes
. Chamando o calor latente suficiente de
(unidade por massa), a necessidade de calor é
Esse calor
é fornecido pela condensação do vapor de aquecimento
. Se o vapor de aquecimento tem calor latente
e condensa totalmente, então a energia fornecida é
Na situação simplificada e muito usada em provas, assume-se que
(mesmo solvente/água) e que não há superaquecimento nem perdas, daí frequentemente se toma
Mas atenção: se houver vapor sobreaquecido ou diferença de latentes, usa-se a relação completa
Essa equação é importante se a prova pede calcular o vapor de aquecimento.
Passo 5
Regras práticas para desenhar o esquema na prova (passo a passo visual que você pode reproduzir à mão):
- Desenhe um retângulo para representar o evaporador (vasilha/vaso).
- Marque na lateral superior esquerda a entrada da alimentação
. - Marque no topo do retângulo a saída do vapor evaporado
(vai para separador/condenser). - Marque na parte inferior a saída do líquido concentrado
. - No topo à direita, desenhe uma entrada de vapor de aquecimento
que entra por uma jaqueta ou serpentinas; logo depois trace uma saída de condensado . - Indique a transferência de calor com uma seta
do vapor (ou da jaqueta) para o líquido dentro do evaporador.
Eu vou descrever/mostrar um desenho ASCII esquemático, com todas as correntes nomeadas (usar isso como modelo para copiar na prova).
Passo 6
Diagrama esquemático (vou explicar cada parte do desenho depois). Aqui está o desenho que você pode copiar:
Vapor de aquecimento
↓
(jaqueta)
↓
+-----------+
| (1) |
| |
±----------+
↓
saída de condensado
Explicação do desenho:
- À esquerda entra
: é a alimentação líquida. - No topo, pelo lado direito, entra o vapor de aquecimento
(seta para baixo indicando que condensa na jaqueta ou serpentina). - Do topo central sai
: o vapor formado dentro do evaporador. - Do fundo sai
: o líquido concentrado. - Do sistema de aquecimento sai o condensado
(o vapor vira condensado depois de ceder calor). - A seta
(não desenhada separadamente) é a transferência de calor de para o líquido.
Passo 7
Exemplo numérico rápido (pra você treinar sem calculadora, é típico na prova):
Suponha (exemplo) kg/h e
e você quer
. Use o balanço de soluto:
Suponha (exemplo)
Então
Se
, então o vapor de aquecimento aproximado é
Isso mostra o procedimento: primeiro balanço de soluto, depois total, depois energia se pedirem.
Passo 8
Dicas de prova (motivação e tact): desenhe rápido, rotule todas as correntes com nome e composição (
;
;
;
;
); escreva os balanços: massa total e massa do soluto; se pedirem calor, escreva
e
. Fica tranquilo — seguindo esse roteiro você resolve a maioria das questões sobre evaporação em provas. Força aí, você consegue!
Resposta
Vapor de aquecimento
↓
(jaqueta/serpent.)
↓
+-----------------+
| (simples, 1) |
| |
±----------------+
↓
saída de condensado