Uma solução aquosa a
contendo
de sólidos é concentrada a
de sólidos. Um evaporador de único efeito com área de troca térmica de
e coeficiente global de transferência de calor
é usado. A calandra contém vapor saturado com
de eficiência a
(abs) e o evaporador opera sob vácuo de
(man). Se a elevação do ponto de ebulição é
, calcule a capacidade do evaporador.
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que pede o exercício. Temos uma solução aquosa a
com
de sólidos que precisa ser concentrada para
de sólidos. Para isso, usamos um evaporador de único efeito com uma área de troca térmica de
e um coeficiente global de transferência de calor de
. O vapor usado tem pressão de
e o evaporador opera sob vácuo de
. A elevação do ponto de ebulição é de
. Vamos calcular a capacidade do evaporador. Para isso, vamos precisar dos conceitos de transferência de calor e das propriedades do vapor.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender a diferença de temperatura (
) que vai ocorrer no evaporador. A transferência de calor depende dessa diferença. A temperatura do vapor saturado a
pode ser encontrada em tabelas de propriedades da água. Sabemos que o evaporador está sob vácuo de
(manométrico), ou seja, a pressão absoluta é
. Consultando a tabela, vemos que a temperatura de saturação correspondente a
é aproximadamente
. Com a elevação do ponto de ebulição de
, a temperatura da solução no evaporador será
.
Passo 3
Agora, calculamos a diferença de temperatura (
) entre o vapor condensado e a solução no evaporador:
Mas parece que há uma inconsistência aqui. Na verdade, a temperatura da solução após a elevação do ponto de ebulição deve ser menor que a temperatura do vapor. Vamos revisar:
A temperatura do vapor saturado a
é cerca de
(consultando a tabela correta). Com a elevação de
, a temperatura da solução no evaporador será
. Então:
Passo 4
Com a
correta, podemos calcular a capacidade térmica (
) do evaporador usando a fórmula:
Onde:
Passo 5
Substituindo os valores na fórmula:
Convertendo para kW:
Resposta
A capacidade do evaporador é de 372 kW.