Ar ambiente com um ponto de orvalho de 18^circ C e uma umidade relativa de 60 % é conduzido a uma taxa de 1,5 m^3 / s através de um aquecedor elétrico. O ar é aquecido até uma temperatura de bulbo seco de 50^circ C. O ar aquecido é então permitido passar por um secador de bandeja que contém 200 kg de fatias de maçã com um teor de umidade inicial de 80 % em base úmida. O ar sai do secador com uma temperatura de ponto de orvalho de 21,2^circ C.
b. Calcule a quantidade de água removida pelo ar das fatias de maçã por hora de operação.

Passo 1

Vamos lá! Você tem um exercício que envolve termodinâmica do ar úmido, especificamente tratando de como a umidade é removida das fatias de maçã quando o ar passa por um secador. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos básicos de propriedades do ar úmido, como ponto de orvalho e umidade relativa, além de usar a equação da continuidade e balanço de massa para calcular a quantidade de água removida por hora.

Passo 2

Primeiro, precisamos encontrar a umidade específica (também chamada de razão de mistura) do ar nas condições de entrada e saída. A umidade específica nos ajuda a saber quanta água está presente no ar em relação à quantidade de ar seco.

Passo 3

Calculando a umidade específica do ar na entrada:
A entrada do ar tem um ponto de orvalho de e uma umidade relativa de .
Usamos tabelas ou fórmulas de propriedades do ar úmido para encontrar a umidade específica correspondente a essas condições. Para simplificar, consideraremos que a umidade específica de entrada ( ) é aproximadamente á.

Passo 4

Calculando a umidade específica do ar na saída:
O ar sai do secador com um ponto de orvalho de . Nesse ponto de orvalho, a umidade relativa é , então a umidade específica na saída ( í) é igual à umidade específica correspondente a , que aproximadamente é á.

Passo 5

Calculando a diferença na umidade específica:
A quantidade de água removida por kg de ar seco é a diferença entre a umidade específica da entrada e da saída:
Deí
O valor negativo indica que o ar está ganhando água, mas como queremos a água removida, consideramos o valor absoluto:
Deá

Passo 6

Calculando o fluxo de massa de ar seco:
Sabemos que o fluxo volumétrico de ar é dotm = fluxo volumétrico times densidade = 1,5 , m^3/s times 1,15 , kg/m^3 = 1,725 , kg/s . Para encontrar o fluxo de massa, usamos a densidade do ar seco. A densidade do ar seco a é aproximadamente .
Então, o fluxo de massa de ar seco ( ) é:
é

Passo 7

Calculando a quantidade de água removida por segundo:
Multiplicamos o fluxo de massa de ar seco pela diferença na umidade específica:
dotQ = dotm times De

Passo 8

Convertendo para quantidade de água removida por hora:
Como queremos a quantidade por hora, multiplicamos por Qhora = dotQ times 3600 , s/h = 0,00345 , kg/s times 3600 , s/h = 12,42 , kg/h :

Resposta

A quantidade de água removida das fatias de maçã pelo ar é de aproximadamente 12,42 kg por hora de operação.

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