Una disolución de NaOH se concentra desde el
hasta
en peso en un evaporador simple a razón de
. Antes de entrar la disolución en el evaporador se calienta en un cambiador de calor hasta
, empleando como medio de calefacción el condensado que sale de la cámara de condensación. Para la calefacción del evaporador se emplea vapor saturado a
, manteniéndose la cámara de evaporación a la presión absoluta de 90 mmHg . Determínese el coeficiente integral de transmisión del calor sabiendo que la superficie de calefacción es de 20 m 2 .
Resposta:
Passo 1
Enunciado e dados fornecidos (o que se pede e o que temos):
Passo 2
Balanço de massa para obter o vapor gerado:
- Calcule a massa de soluto (NaOH) na alimentação:
- Massa do produto (solução concentrada a
):
- Massa de vapor produzido (água evaporada):
Passo 3
Determinação da temperatura de ebulição (temperatura de saturação) na pressão dada:
- A partir da tabela de vapor saturado (valor obtido em tabela de propriedades): para pressão absoluta
toma-se a temperatura de saturação da solução (temperatura de ebulição) como
(Obs.: este valor vem da tabela de vapor saturado para água à pressão indicada.)
Passo 4
Determinação do calor latente de vaporização à temperatura de ebulição:
- Consultando tabelas de vapor saturado para água à temperatura
obtemos o calor latente aproximado
(Este valor é o calor de vaporização à temperatura de ebulição indicada; foi tomado da tabela.)
Passo 5
Balanço de energia no evaporador (determinar a potência térmica necessária
):
- Explicação do raciocínio físico e da fórmula usada:
- O evaporador recebe a solução pré-aquecida a
(entrada) e a parte líquida sai na temperatura de ebulição . Parte da energia necessária para evaporar provém do aquecimento do líquido, mas como aqui a alimentação entra a e a ebulição ocorre a , a alimentação na verdade cede calor sensível ao resfriar de para ; esse calor reduz a necessidade de calor fornecido pelo vapor de aquecimento. - Fórmula de balanço de energia simplificada (assumindo calor específico médio do líquido aproximadamente
, adequado para soluções diluídas/moderadas e para cálculo de prova):
- O evaporador recebe a solução pré-aquecida a
-
Aqui:
-
é o calor que o fluido de aquecimento (vapor a ) deve fornecer por unidade de tempo (kcal/h). -
é a massa de vapor gerada por hora (kg/h). -
é o calor latente à temperatura de ebulição (kcal/kg). -
é a vazão da solução alimentada (kg/h). -
é a temperatura da alimentação entrando no evaporador. -
é a temperatura de ebulição no evaporador.
-
-
Substituindo os números:
Passo 6
Relação entre fluxo térmico, coeficiente global
, área
e diferença de temperatura média:
- No evaporador o vapor de aquecimento condensa a temperatura praticamente constante
e o líquido ferve a temperatura constante . Assim o gradiente de temperatura efetivo para a troca é a diferença simples
- A equação que liga potência térmica
a e área é a lei de resfriamento global:
- Despejando
:
Passo 7
Cálculo numérico de
:
- Arredondando para três algarismos significativos, obtemos