Questāo 2) ( 30 pontos) Num processo em estado estacionário, uma corrente de
de solução aquosa de ácido sulfúrico, com concentração de
(em base mássica) e a
, é diluída através da mistura com uma corrente de água pura a
, obtendo-se uma corrente com concentração de
e a
. 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.
A massa de ácido que entra é só pela corrente 1, já que a corrente 2 é água pura.
- Massa de ácido na 1:
Na saída, a fração mássica de ácido é 30 %, logo se a vazão total de saída for
,
Passo 3
Agora, balanço de massa de água (ou simplesmente vazão da corrente 2):
A saída tem , e sabemos que 180 kg/h vêm da corrente 1, então a corrente 2 (água) é
A saída tem
Passo 4
Balanço de energia (entalpia):
Como não há reação química nem acumulação de energia, temos
Como não há reação química nem acumulação de energia, temos
Com
constante,
Escolhendo referência de energia que zere tudo, podemos montar:
Substituindo:
Calculando o que está dentro do parêntese:
então
Logo
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)