O ponto normal de ebulição do
é
. O vapor formado no tanque de armazenagem sai pela linha de suspiro, é comprimido para líquido a
e retornado à alimentação. A taxa de vaporização é de 2,5 t/dia quando a esfera está cheia na sua capacidade máxima e a temperatura do ar ambiente é de
. Sabendo que os compressores são acionados por motores elétricos e que têm uma eficiência de cerca de
, determine a potência elétrica que deve ser fornecida (em HP) para tornar esse processo bem-sucedido. Considere que as linhas e os trocadores de calor estejam bem isolados. Use
para o calor específico do Cl 2 líquido e que
.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um exercício que envolve a determinação da potência elétrica necessária para comprimir o vapor de
de volta ao líquido. A gente vai trabalhar com conceitos de termodinâmica, como entalpia de vaporização e calor específico, além de fazer algumas conversões de unidades. Precisaremos entender como calcular a energia envolvida no processo de vaporizar e comprimir o cloro gasoso e, a partir disso, descobrir a potência elétrica que os motores precisam fornecer, considerando a eficiência deles.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a taxa de vaporização. O problema nos diz que são 2,5 toneladas por dia (t/dia). Vamos converter isso para libras por hora (lb/h) para facilitar os cálculos, já que muitas das grandezas dadas estão em unidades britânicas.
Sabemos que:
1 tonelada = 2000 libras
1 dia = 24 horas
1 tonelada = 2000 libras
1 dia = 24 horas
Então,
Agora, convertendo para por hora:
Passo 3
Agora, vamos calcular a quantidade de energia necessária para vaporizar o cloro. A entalpia de vaporiza��ão (
) é dada como
. A energia total por hora para vaporizar o cloro é:
Passo 4
Além da energia para a vaporização, precisamos considerar a energia para aquecer o cloro líquido de
até
. Para isso, usamos o calor específico do cloro líquido, que é
.
A variação de temperatura (
) é:
Então, a energia para aquecer é:
Passo 5
Agora, somamos as duas energias para encontrar a energia total necessária por hora:
Passo 6
Para converter a energia de Btu/h para potência elétrica, usamos a relação onde 1 HP (horsepower) é aproximadamente igual a 2545 Btu/h.
Então, a potência necessária sem considerar a eficiência dos motores é:
Passo 7
Mas os compressores não são 100% eficientes; a eficiência dada é de 30%. Isso significa que a potência elétrica real necessária será maior, porque apenas 30% da energia elétrica é convertida em trabalho útil.
Para encontrar a potência elétrica necessária:
Resposta
A potência elétrica necessária para o processo é de aproximadamente 100 HP.