Vapor saturado a
é usado para aquecer uma corrente de vapor de metanol em contracorrente de
para
em um trocador de calor adiabático. A vazão do metanol é de 6500 litros-padrão por minuto, e o vapor condensa e sai do trocador de calor como água líquida a
.
(a) Calcule a vazão necessária do vapor de entrada em
.
(b) Calcule a taxa de transferência de calor da água para o metanol (kW).
(c) Suponha que a temperatura de saída do metanol seja medida e encontrada como
em vez do valor especificado de
. Liste cinco possíveis explicações realistas para a diferença de
.
(a) Calcule a vazão necessária do vapor de entrada em
(b) Calcule a taxa de transferência de calor da água para o metanol (kW).
(c) Suponha que a temperatura de saída do metanol seja medida e encontrada como
Passo 1
O enunciado diz que vapor saturado a
condensa e sai como água líquida a
fornecendo calor para elevar a temperatura de vapor de metanol de
até
. A vazão de metanol é de
L-padrão/min. É um trocador adiabático.
Conteúdos envolvidos: balanço de energia em regime estacionário, propriedades termodinâmicas do vapor de água e do metanol (capacidade calorífica), e uso de tabelas de vapor saturado.
Conteúdos envolvidos: balanço de energia em regime estacionário, propriedades termodinâmicas do vapor de água e do metanol (capacidade calorífica), e uso de tabelas de vapor saturado.
Passo 2
Calcular a taxa de calor absorvida pelo metanol.
- Converter vazão volumétrica padrão em massa:
Massa molar do metanol
, então
- Calor específico médio do vapor de metanol (aprox.)
. - ΔT do metanol:
K. - Taxa de calor absorvida:
Passo 3
Calcular o calor cedido por 1 kg de vapor de água que condensa e esfria de
a
.
Das tabelas de vapor saturado:
Das tabelas de vapor saturado:
Logo,
Passo 4
Determinar vazão mássica e volumétrica de vapor necessárias.
- Vazão mássica de vapor:
- Converter para
:
- Volume específico de vapor saturado a
:
Então vazão volumétrica:
Passo 5
Possíveis explicações para o metanol sair a
em vez de
:
- Incrustação ou sujidade nas paredes do trocador reduz a área efetiva e o coeficiente global de transferência de calor.
- Presença de gases não condensáveis (ar) no lado do vapor, impedindo a condensação completa.
- Pressão de vapor de entrada menor que o nominal (vapor a menor pressão/entalpia).
- Vazão de vapor inferior à projetada (válvula parcialmente fechada ou armadilha de vapor avariada).
- Vazão de metanol maior que o esperado, aumentando ΔT necessário além da capacidade do trocador.
Resposta
(a)
.
(b)
(c) Cinco explicações realistas listadas no Passo 5.
(b)
(c) Cinco explicações realistas listadas no Passo 5.