Operações Unitárias em Evaporadores

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
DISCIPLINA: OPERAÇÕES UNITÁRIAS II – DEQ0312 
DOCENTE: JÉSSYCA KAENNY DE A. BEZERRA 
LISTA DE EXERCÍCIOS – 2ª UNIDADE 
Evaporadores de simples efeito 
1. Um evaporador contínuo de simples efeito concentra 9072 kg/h de uma solução de sal 
a 1% em massa, que entra a 35°C até uma concentração final de 1,5% em massa. O 
vapor gerado no evaporador está a 101,3 kPa (1 atm abs) e o vapor de água que se 
introduz está saturado a 143,3 kPa. Sabe-se que o coeficiente global de transferência 
de calor é 1704 W/m²K. Considerando que se trata de uma solução diluída com 
propriedades próximas às da água, e que o soluto não é volátil, calcule: 
a) As vazões de vapor e de produto líquido; 
b) A área de transferência de calor que é requerida para a evaporação; 
c) A economia de vapor. 
Respostas: a) 𝐿=6048𝑘𝑔/ℎ; 𝑉=3024𝑘𝑔/ℎ; 𝑆=4170,7𝑘𝑔/ℎ b) 𝐴=151,6𝑚² c) 𝐸𝑉=0,725 
 
2. Um evaporador de simples efeito é usado para evaporar uma solução de suco de laranja 
de 10% até 25% em massa. A EPE da solução pode ser estimada pela expressão 
EPE(°C) = 3,18x + 8,55x², onde x é a fração em massa de sólidos (não volátil) em 
solução. Vapor de água saturado a 270,1 kPa é injetado no evaporador. A pressão inicial 
no espaço de vapor é de 13,6 kPa. A alimentação encontra-se a 27 °C e é alimentada a 
22680 kg/h. A capacidade calorífica da solução líquida pode ser estimada pela 
expressão Cp = 4,19 – 2,35x (em kJ/kg K). O coeficiente global de transferência de 
calor foi estimado em 2100 W/m²K. Calcule a quantidade de vapor de aquecimento, a 
área e a economia de vapor deste equipamento. 
Respostas: 𝑆=15804,7 𝑘𝑔/ℎ ; 𝐴=60 m² ; 𝐸𝑉=0,86 
 
3. Uma solução de NaOH contendo 40% em massa de NaOH deve ser concentrada até 
60% em um evaporador de simples efeito. A solução deve ser alimentada a 10000 kg/h 
a 90°C. A pressão dentro do evaporador é 10,1 kPa. O vapor de aquecimento será 
fornecido a uma pressão de saturação igual a 587,2 kPa. O coeficiente global de 
transferência de calor é estimado em 2000 W/m² K. Considerando que a solução possui 
elevação do ponto de ebulição. Determine: 
a) A área requerida para a transferência de calor 
b) A economia de vapor 
Respostas: a) 𝐴=23,6 m² b) 𝐸𝑉=0,733 
 
 
Evaporadores de múltiplos efeitos 
4. Deseja-se concentrar 10000 kg/h de uma solução de NaOH de 12% até 40% em um 
evaporador com dois efeitos, com alimentação direta a 50 °C depois de passar por um 
trocador de calor, e com vapor a 0,255 MPa (absoluta) no primeiro efeito. No primeiro efeito a 
temperatura do sistema se encontra a 124°C. No segundo efeito se mantem um vácuo de 73 
kPa e o coeficiente global no primeiro efeito é 7942 kJ/m².h.°C. Sabendo que os evaporadores 
tem área igual e produzem a mesma quantidade de vapor, calcule a área da superfície de 
aquecimento, o coeficiente global de transferência de calor do 2º efeito e a economia do vapor. 
Resposta: A = 96,4 m²; U2 = 3906,7 kJ/m².h.ºC Ev= 1,43. 
 
PSICROMETRIA 
5. A umidade do ar em um galpão é de 0,021 kg água/ kg ar seco. Se a temperatura do 
galpão é 32,2 ºC à pressão atmosférica e a pressão do ar saturado a 32,2 °C é 4,64 kPa, 
calcule a umidade relativa. 
Resposta: 70,34%. 
 
6. Ar com umidade de 0,006 kg de água/kg de ar seco a 43 ºC entra em contato com a água 
em um resfriador adiabático. Ao sair, o ar apresenta 80% de umidade relativa. 
a) Quais os valores finais de umidade absoluta e temperatura 
b) Para 100% de saturação, quais seriam a umidade absoluta e a temperatura 
Resposta: a) 0,0143 kg de água/kg de ar seco, 23 °C; b) 0,0153 kg de água/kg de ar 
seco, 20,6 °C. 
 
7. Ar a 30 °C e com umidade relativa 60% é aquecido até aumentar a sua temperatura em 
20 °C. Determine a umidade relativa após esse aquecimento. 
Resposta: 21%. 
 
8. Um determinado processo requer 5000 m3/h de ar a 45 ◦C e com umidade relativa de 
30%. Para preparar esta corrente, utiliza-se ar inicialmente a 20 ◦C e com 50% de umidade 
relativa. Esse ar é aquecido por um processo isobárico até 49,2 °C, em seguida é saturado 
adiabaticamente e, por fim, é aquecido sem alterar a umidade absoluta até a temperatura 
final desejada. Obtenha a temperatura de bulbo úmido e bulbo seco, a umidade relativa e 
absoluta e a entalpia em cada estágio do processo (após o aquecimento inicial, após a 
saturação e após o aquecimento final). Calcule a vazão volumétrica inicial, a vazão 
mássica de água removida ou adicionada pelo processo e a quantidade de energia (em 
kW) necessária para o processo completo (do estado inicial ao estado final). 
Resposta: 
Após o aquecimento inicial: Tbu = 23,5 °C; Tbs = 49,2 °C; 10%; 0,0074 kg de água/kg 
de ar seco; 71 kJ/kg de ar seco. 
Após a saturação: Tbu = 23,5 °C; Tbs = 23,5 °C; 100%; 0,0184 kg de água/kg de ar 
seco; 71 kJ/kg de ar seco. 
Após o aquecimento final: Tbu = 28,8 °C; Tbs = 45 °C; 30%; 0,0184 kg de água/kg de 
ar seco; 94,5 kJ/kg de ar seco. Qinicial = 4516,13 m3/h. 𝑚 adicionada = 59,14 kg/h. 
Q = 80,64 kW.