Um evaporador com área de
e U
é utilizado para obter água destilada que alimenta uma caldeira. Água municipal que contém 400 ppm de sólidos dissolvidos a
é introduzida no evaporador e a unidade opera a 1 atm de pressão. O vapor de água saturado está disponível a
. Calcule a quantidade de água destilada produzida por hora se o líquido de saída contém 800 ppm de sólidos.
R.:
Passo 1
Vamos resolver um exercício sobre evaporação e balanço de massa. Precisamos calcular a quantidade de água destilada produzida por hora em um evaporador. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor e balanço de sólidos dissolvidos na água.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que nos foi dado:
- Área do evaporador:
- Coeficiente global de transferência de calor (U):
- Concentration inicial de sólidos na água:
- Temperatura inicial da água:
- Pressão de operação:
- Temperatura do vapor de água saturado:
- Concentração final de sólidos na saída:
Queremos encontrar a quantidade de água destilada (
) produzida por hora.
Passo 3
Vamos começar calculando a quantidade de calor necessário para evaporar a água. Para isso, usamos a fórmula de transferência de calor:
Onde:
-
é o calor transferido, -
é o coeficiente global de transferência de calor, -
é a área do evaporador, -
é a diferença de temperatura, -
é o tempo.
No nosso caso, queremos a quantidade por hora, então
.
Passo 4
Calculando a diferença de temperatura (
):
Passo 5
Agora, substituímos os valores na fórmula de
:
Aqui, multiplicamos por 3600 segundos para converter horas em segundos.
Passo 6
Calculando
:
Passo 7
Agora, usamos o calor latente de vaporização da água (
) para encontrar a massa de água evaporada:
Passo 8
Considerando o balanço de sólidos dissolvidos, a concentração final dobra de 400 ppm para 800 ppm. Isso significa que a água destilada remove uma parte da água, mas mantém os sólidos.
Portanto, a quantidade de água destilada produzida é aproximadamente: