Desenhe esquematicamente um processo de simples estágio de evaporação, colocando as entradas e saidas das correntes. (2,0)

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, 1 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 F. Tem uma fração mássica do soluto (não-volátil) que chamamos de x_F. Essa corrente entra no evaporador.
  • Vapor produzido: chamado de V. É o solvente evaporado que sai do topo do evaporador.
  • Líquido concentrado (resíduo): chamado de R (às vezes usa-se L ou B — aqui uso R de “resíduo”). Tem fração mássica x_R do soluto e sai pela saída inferior.
  • Vapor de aquecimento (vapor vivo): chamado de S (steam). Entra para fornecer calor ao processo, condensa e sai como condensado C.
  • Calor fornecido: Q, proveniente da condensação do vapor S. É esse calor que causa a evaporação de massa V.
    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 1 estágio, temos:
  • Balanço de massa total:
F = V + R
isso significa: a massa que entra ( F) sai em forma de vapor ( V) mais o líquido concentrado ( R).
  • Balanço de soluto (assumindo soluto não-volátil, ou seja, não passa para o vapor):
F \, x_F = R \, x_R
a massa de soluto que entra deve ser a mesma que sai pelo resíduo R. Aqui x_F e x_R são frações mássicas (por exemplo, 0,05 ou 5\%).
Explicação simples: para encontrar R você usa a equação do soluto e depois obtém V 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 V é o calor latente do solvente vezes V. Chamando o calor latente suficiente de \lambda (unidade por massa), a necessidade de calor é
Q = V \, \lambda
Esse calor Q é fornecido pela condensação do vapor de aquecimento S. Se o vapor de aquecimento tem calor latente \lambda_s e condensa totalmente, então a energia fornecida é
Q = S \, \lambda_s.
Na situação simplificada e muito usada em provas, assume-se que \lambda \approx \lambda_s (mesmo solvente/água) e que não há superaquecimento nem perdas, daí frequentemente se toma
S \approx V.
Mas atenção: se houver vapor sobreaquecido ou diferença de latentes, usa-se a relação completa
S = \frac{V \, \lambda}{\lambda_s}.
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):
  1. Desenhe um retângulo para representar o evaporador (vasilha/vaso).
  2. Marque na lateral superior esquerda a entrada da alimentação F, x_F.
  3. Marque no topo do retângulo a saída do vapor evaporado V (vai para separador/condenser).
  4. Marque na parte inferior a saída do líquido concentrado R, x_R.
  5. No topo à direita, desenhe uma entrada de vapor de aquecimento S que entra por uma jaqueta ou serpentinas; logo depois trace uma saída de condensado C.
  6. Indique a transferência de calor com uma seta Q do vapor S (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
S
      ↓
     (jaqueta)
      ↓
    +-----------+
F,x_F → | Evaporador | → V (vapor evaporado)
| (1) |
| |
±----------+
R, x_R
    saída de condensado
C
Explicação do desenho:
  • À esquerda entra \,F,x_F: é a alimentação líquida.
  • No topo, pelo lado direito, entra o vapor de aquecimento \,S (seta para baixo indicando que condensa na jaqueta ou serpentina).
  • Do topo central sai V: o vapor formado dentro do evaporador.
  • Do fundo sai R, x_R: o líquido concentrado.
  • Do sistema de aquecimento sai o condensado C (o vapor S vira condensado depois de ceder calor).
  • A seta Q (não desenhada separadamente) é a transferência de calor de S para o líquido.

Passo 7

Exemplo numérico rápido (pra você treinar sem calculadora, é típico na prova):
Suponha (exemplo) F=100 kg/h e x_F=0,05 e você quer x_R=0,20. Use o balanço de soluto:
R = \frac{F \, x_F}{x_R} = \frac{100 \cdot 0,05}{0,20} = 25\\ \text{kg/h}.
Então
V = F - R = 100 - 25 = 75\\ \text{kg/h}.
Se \lambda \approx \lambda_s, então o vapor de aquecimento aproximado é
S \approx V = 75\\ \text{kg/h}.
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 ( F,x_F; R,x_R; V; S; C); escreva os balanços: massa total e massa do soluto; se pedirem calor, escreva Q=V\lambda e Q=S\lambda_s. Fica tranquilo — seguindo esse roteiro você resolve a maioria das questões sobre evaporação em provas. Força aí, você consegue!

Resposta

Vapor de aquecimento
S
      ↓
     (jaqueta/serpent.)
      ↓
    +-----------------+
F,x_F → | EVAPORADOR | → V (vapor evaporado)
| (simples, 1) |
| |
±----------------+
R, x_R
    saída de condensado
C

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