Questão 5 - Um evaporador de simples efeito com área de troca térmica de 173,5
é usado para evaporar uma solução de sacarose de
até
em massa. A EPE da solução pode ser estimada pela expressão EPE
, onde
é a fração em massa de sólidos (não volátil) em solução e o calor específico da solução líquida pode ser estimada pela expressão
(em kJ/kg.K). A pressão no espaço vapor foi fixada e mediu-se que a temperatura na saída do espaço vapor que foi de
de solução foi alimentada à temperatura de
. O coeficiente global de transferência de calor foi estimado em
. A partir disto, responda as questões abaixo.
Qual a pressão do espaço vapor?
Qual é a carga térmica necessária no evaporador?
Qual é a temperatura e pressão do vapor de aquecimento, considerando que ele entra como vapor saturado e sai como líquido saturado?
Qual é a vazão de vapor de aquecimento necessária?
Qual a temperatura de saída do vapor (do espaço vapor) se a solução fosse ideal?
Qual é a carga térmica necessária no evaporador?
Qual é a temperatura e pressão do vapor de aquecimento, considerando que ele entra como vapor saturado e sai como líquido saturado?
Qual a temperatura de saída do vapor (do espaço vapor) se a solução fosse ideal?
Passo 1
O enunciado descreve um evaporador de efeito simples com área de troca
e coeficiente global
. Alimenta-se
de solução de sacarose a
e
, concentrando-a até
com vapor de aquecimento saturado que entra e sai a ser determinado. A temperatura de ebulição da solução no espaço vapor é medida como
. A elevação ebuliométrica (EPE) é
e o calor específico da solução é
Vamos determinar:
a) pressão no espaço vapor;
b) carga térmica ;
c) temperatura e pressão do vapor de aquecimento;
d) vazão de vapor de aquecimento;
e) temperatura do vapor de saída se a solução fosse ideal.
a) pressão no espaço vapor;
b) carga térmica
c) temperatura e pressão do vapor de aquecimento;
d) vazão de vapor de aquecimento;
e) temperatura do vapor de saída se a solução fosse ideal.
Passo 2
Para encontrar a pressão do espaço vapor, usamos o ponto de ebulição da solução em
.
Calculemos a EPE em :
Calculemos a EPE em
Como a solução ferve a
, a temperatura de saturação da água pura no mesmo local é
Da tabela de vapor saturado, a pressão correspondente a
é aproximadamente
Passo 3
Fazendo balanço de massa e energia no evaporador:
- Fluxo de sólidos:
- Fluxo de sólidos:
- Vapor gerado:
- Calor específico médio (aprox. em
):
- Energia para aquecer a solução de
a
:
- Calor de vaporização da água à pressão
é
.
- Carga térmica total:
Passo 4
No lado do calorímetro temos
A diferença de temperatura média é
Portanto, a temperatura de saturação do vapor de aquecimento é
Da tabela de saturado, corresponde a
Passo 5
O vapor de aquecimento condensa e sai como líquido saturado a
. Seu calor latente nesta temperatura é cerca de
.
A vazão de vapor requerida é
A vazão de vapor requerida é
Passo 6
Se a solução fosse ideal (EPE
), ela ferveria exatamente à temperatura de saturação da água pura no mesmo sistema de pressão. Logo, a temperatura do vapor de saída seria
Resposta
a)
.
b) ou
c) Vapor de aquecimento saturado a ,
d)
e)
b)
c) Vapor de aquecimento saturado a
d)
e)