Questão 2

A evaporação quimica é uma operação unitária bastante utilizada na indústria de alimentos. Considere as seguintes afirmações:
I. Em evaporadores de múltiplo efeito as pressões do espaço de vapor são decrescentes. { }^{\vee}
II. Evaporadores são trocadores em que a concentração de sólidos é feita através do deslocamento das moléculas do estado liquido para o estado de vapor. \checkmark
III. Em evaporadores de múltiplo efeito a temperatura de ebulição da solução de alimentação no segundo evaporador deve ser mais alta que no primeiro. F

Estão CORRETAS:

a) I e III;
b) II e III;
c) apenas \pi_{i};
d) I \boldsymbol{I} II;
e) I_{1} \mathbb{I} \in \mathbb{I} :

Questão 3

Passo 1

O enunciado dá três afirmações sobre evaporadores e pede quais são corretas. As afirmações são:
I. Em evaporadores de múltiplo efeito as pressões do espaço de vapor são decrescentes.
II. Evaporadores são trocadores em que a concentração de sólidos é feita através do deslocamento das moléculas do estado líquido para o estado de vapor.
III. Em evaporadores de múltiplo efeito a temperatura de ebulição da solução de alimentação no segundo evaporador deve ser mais alta que no primeiro.
As alternativas oferecidas são (resumindo): a) I e III; b) II e III; c) apenas I; d) I e II; e) (formatação estranha, ignoramos pois há uma única correta entre as anteriores).

Passo 2

Entender o que faz um evaporador (aula rápida e prática).
  • Um evaporador serve para concentrar uma solução removendo parte do solvente na forma de vapor. Ou seja, retira-se massa na forma de vapor para aumentar a fração de sólidos no líquido restante.
  • Isso é feito fornecendo calor à solução: o calor sensível eleva a temperatura até ebulição e o calor latente promove a vaporização. O calor é transferido através de uma superfície — portanto, um evaporador é, na prática, um trocador de calor onde uma das funções é provocar mudança de fase (liquido → vapor).
  • Importante: “deslocamento das moléculas do estado líquido para o estado de vapor” é apenas uma descrição informal de vaporização. Então, a ideia de que evaporadores fazem concentração através de vaporização está correta.

Passo 3

Analisando a afirmação II com detalhes (por que é verdadeira).
  • Afirmativa II: “Evaporadores são trocadores em que a concentração de sólidos é feita através do deslocamento das moléculas do estado líquido para o estado de vapor.”
  • Explicação passo a passo:
    • Um trocador de calor transfere energia térmica entre um fluido quente e um fluido frio através de uma superfície.
    • No evaporador, a solução a ser concentrada recebe calor (do vapor de aquecimento, de resistência, etc.). Esse calor fornece a energia necessária para que parte do líquido vapore.
    • Ao vaporizar o solvente, a massa de sólidos por unidade de volume (ou massa) no líquido remanescente aumenta — isto é concentração.
  • Conclusão: II é verdadeira. (Isso é exatamente a função básica de um evaporador.)

Passo 4

O que é um evaporador de múltiplo efeito e como ele opera (explicação didática).
  • Em um sistema de múltiplos efeitos temos vários evaporadores em série (efeitos). O vapor gerado num efeito é usado como fonte de calor para o efeito seguinte.
  • Para que isso funcione, cada efeito seguinte opera a uma pressão mais baixa que o anterior. Assim, o vapor produzido no efeito 1 (com temperatura de saturação maior) pode condensar e ceder calor na superfície do efeito 2, que está a uma pressão mais baixa e, portanto, tem temperatura de ebulição mais baixa. Esse gradiente de temperatura entre o vapor do efeito anterior e o líquido no efeito seguinte é o que permite a transferência de calor sem consumo adicional (ou com menor consumo) de vapor externo.
  • Em termos simples: usamos o mesmo calor várias vezes descendo a pressão/temperatura em cada etapa — é isso que dá eficiência.

Passo 5

Analisando a afirmação I com base no conceito (por que é verdadeira).
  • Afirmativa I: “Em evaporadores de múltiplo efeito as pressões do espaço de vapor são decrescentes.”
  • Justificativa:
    • Pelo funcionamento descrito no passo anterior, cada efeito subsequente deve ter pressão menor do que o anterior para que o vapor do efeito anterior possa condensar e aquecer o efeito seguinte.
    • Formalmente: se p_1 é a pressão do primeiro efeito e p_2 a do segundo, tipicamente p_2 < p_1.
    • Consequência térmica: como a temperatura de saturação de um fluido aumenta com a pressão, temos T_{\text{sat}}(p_2) < T_{\text{sat}}(p_1).
  • Conclusão: I é verdadeira.

Passo 6

Analisando a afirmação III com atenção (por que é falsa).
  • Afirmativa III: “Em evaporadores de múltiplo efeito a temperatura de ebulição da solução de alimentação no segundo evaporador deve ser mais alta que no primeiro.”
  • Vamos traduzir isso com as notações: se T_1 é a temperatura de ebulição no primeiro efeito e T_2 no segundo, a afirmação diz T_2 > T_1.
  • Mas do passo anterior vimos que, por projeto, p_2 < p_1. Para um mesmo líquido puro (ou solução), a temperatura de ebulição de saturação é função crescente da pressão: menor pressão → menor temperatura de ebulição. Portanto p_2 < p_1 \quad\Rightarrow\quad T_{\text{sat}}(p_2) < T_{\text{sat}}(p_1),isto é, T_2 < T_1, o oposto do que afirma III.
  • Observação sobre soluções: adicionar soluto eleva a temperatura de ebulição (ebulição é afetada por elevação ebuliométrica), mas essa elevação não inverte a ordem de temperaturas impostas por pressões bem definidas entre efeitos. Em palavras: mesmo que a solução tenha uma T de ebulição ligeiramente maior que o solvente puro à mesma pressão, a diminuição de pressão entre efeitos domina e faz T_2 menor que T_1.
  • Conclusão: III é falsa.

Passo 7

Resumo lógico e escolha da alternativa correta.
  • Verificação final:
    • I: verdadeira.
    • II: verdadeira.
    • III: falsa.
  • Portanto as únicas corretas são I e II.

Resposta

d) I e II

Exercícios relacionados