Questāo 2) ( 30 pontos) Num processo em estado estacionário, uma corrente de 180 kg / h de solução aquosa de ácido sulfúrico, com concentração de 85 % (em base mássica) e a 90^circ C, é diluída através da mistura com uma corrente de água pura a 20^circ F, obtendo-se uma corrente com concentração de 30 % e a 70^circ F. Calcule a vazão mássica da corrente de água e a taxa de troca de calor do processo.

Passo 1

Beleza, o enunciado diz o seguinte: a gente tem duas correntes chegando num misturador em regime estacionário.
  • Corrente 1: 180 kg/h de solução de H₂SO₄ com 85 % em massa de ácido, a 90 °C.
  • Corrente 2: água pura (concentração 100 % água) a 20 °C, vazão mássica desconhecida.
    Saída: mistura com 30 % de ácido e a 70 °C.
    Conteúdo da matéria: balanço de massa (conservação de espécie) e balanço de energia (entalpia), assumindo calor específico constante. Vamos usar .

Passo 2

Balanço de massa do soluto (ácido):
A massa de ácido que entra é só pela corrente 1, já que a corrente 2 é água pura.
  • Massa de ácido na 1:
mA1 = 180;kg/htimes 0,85 = 153;kg/h
Na saída, a fração mássica de ácido é 30 %, logo se a vazão total de saída for 0,30;M = 153 Longrightarrow M = 1530,30 = 510;kg/h ,

Passo 3

Agora, balanço de massa de água (ou simplesmente vazão da corrente 2):
A saída tem m2 = 510 - 180 = 330;kg/h , e sabemos que 180 kg/h vêm da corrente 1, então a corrente 2 (água) é

Passo 4

Balanço de energia (entalpia):
Como não há reação química nem acumulação de energia, temos
dot Hrm in + Q = dot Hrm out
Com dot H = m,cp,T constante,
Q = l(m3,cp,T3r) - l(m1,cp,T1 + m2,cp,T2r)
Escolhendo referência de energia que zere tudo, podemos montar:
Q = 4,18;kJkg,K l( 510cdot70 - 180cdot90 - 330cdot20 r)
Substituindo:
510cdot70 = 35700, 180cdot90 = 16200, 330cdot20 = 6600,
Calculando o que está dentro do parêntese:
35700 - 16200 - 6600 = 12900
então
Q = 4,18 times 12900 = 53922;kJ/h
Logo
539223600approx 15,0;kW
Se quiser em kW, divide por 3600 s/h:

Resposta

  • Vazão mássica da água: 330 kg/h
  • Taxa de troca de calor: 53 922 kJ/h (aprox. 15 kW, calor fornecido ao sistema)

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