Gabarito_Lista_2_Combustão

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1. Um material biológico granulado deve ser seco com ar a uma temperatura de bulbo seco de 
100oC, a uma vazão de 20 m3/min. Se as condições do ar ambiente, a ser utilizado na secagem, 
são de temperatura de bulbo seco de 30oC e umidade relativa de 30 %, e a umidade relativa média 
na saída do secador (após passar pelo material) é de 80 %, determinar a quantidade de calor 
sensível requerida por unidade de tempo para aquecer o ar. Determinar, também, a quantidade de 
umidade removida do material por unidade de tempo. 
Solução 
Os pontos de estado 1 e 2, na Figura P.1, representam as propriedades do ar antes e depois do 
processo de aquecimento. O ponto de estado 3 representa as propriedades do ar após a 
passagem pelo material no secador. 
Observação: o processo de aquecimento do ar ambiente se dá a umidade absoluta constante (de 1 
para 2), e o processo de secagem pode ser considerado razoavelmente isoentálpico (de 2 para 3). 
 
h=50 kJ/kg
Y1=Y2=0,0080 kg/kg
υ=0,87 m3/kg
T=30oC T=100oC
Y3=0,0345 kg/kg
3
2
ϕ'=80 %
1
h=128 kJ/kg
aquecimento
secagem
ϕ'=30 %
Twb=18oC 
Figura P.1. Carta psicrométrica: representação esquemática. 
O volume específico do ar de entrada é υ = 0,87 m3/kg ar seco. A vazão em massa de ar é 
min
osecarkg23W
osecarkg/m
min/m
87,0
20W 3
3
=⇒= 
Como as entalpias do ar nos pontos de estado 1 e 2 são 50 e 128 kJ/kg ar seco, respectivamente, 
a quantidade total de energia requerida para aquecimento do ar é 
min/kJ1794osecarkg/kJ)50128min)(/osecarkg23(Q =−= 
A umidade absoluta do ar antes de passar pelo material é de 0,0080 kg vapor/ kg ar seco. Após 
passar pelo material no secador, a umidade absoluta do ar aumentou para 0,0345 kg água/kg ar 
seco. A uma vazão de ar de 1380 kg/h, a quantidade de umidade removida dos grãos é 
h/águakg57,36osecarkg/vaporkg)0080,00345,0)(h/osecarkg1380(mágua =−= 
 
 
 
 
2. Deseja-se avaliar a possibilidade de reciclar o ar da saída de um secador para misturar ao ar 
ambiente na entrada do aquecedor, para efetuar a secagem de um material granulado, atualmente 
sendo seco com ar a uma temperatura de bulbo seco de 100 oC, a uma vazão de 30 m3/min. A 
vazão em massa de ar seco deve ser mantida a mesma, bem como a temperatura na entrada do 
secador (100 oC). As condições do ar ambiente, a ser utilizado na secagem, são de temperatura de 
bulbo seco de 30 oC e umidade relativa de 30 %. Determinar as vazões em massa de ar seco das 
correntes de reciclo e de ar ambiente, de forma que as condições do ar na saída do secador sejam 
de umidade relativa igual a 85 % e de temperatura igual a 46 oC. 
 
Solução 
 
Considerando a Figura P2.1, os seguintes dados foram fornecidos pelo problema: 
 %30';C30T 1
o
1 =ϕ= 
 %85';C46T 2
o
2 =ϕ= 
C100T o4 = min/m30m 33 = 
 
Aquecedor Secador
2
1
4
3
 
Figura P2.1. Diagrama esquemático do problema 2. 
 
Os pontos de estado 1 e 2, na Figura P2.2, representam as propriedades do ar ambiente e na 
saída do secador. 
 
h=50 kJ/kg Y3=0,026 kg/kg
T=20oC T=46oC
Y2=0,051 kg/kg
3
2
ϕ'=85 %
1
h=103 kJ/kg
aquecimento
secagem
ϕ'=30 %
T=100oC
Y1=0,0080 kg/kg
h=175 kJ/kg
4
T=36oC
 
Figura P2.2. Carta psicrométrica: representação esquemática. 
 
Para localizar o ponto de estado da mistura 3, inicialmente, deve-se ligar os pontos 1 e 2 por uma 
reta. O ponto de estado 3 representa as propriedades do ar na entrada do aquecedor. 
Considerando que a secagem é um processo isoentálpico, o ponto de estado 4 (na entrada do 
secador) pode ser definido pelas propriedades 
 
C100Teosecarkg/kJ175hh o424 === 
 
Neste ponto, a umidade absoluta é osecarkg/águakg026,0Y4 = . Considerando que a 
umidade absoluta não varia durante o processo de aquecimento, a umidade absoluta na entrada 
do aquecedor é osecarkg/águakg026,0YY 43 == . Portanto o ponto de estado 3 (mistura 
das correntes de reciclo e ar ambiente) é definido pela interseção da reta 
 
osecarkg/águakg026,0tetanconsY3 == 
 
com a reta que liga os pontos de estado 1 e 2. Portanto, da carta psicrométrica, no ponto 3, a 
entalpia é osecarkg/kJ103h 3 = e a temperatura é C36T o3 = . 
A umidade absoluta no ponto de estado 2 é osecarkg/águakg0510,0Y2 = . 
Efetuando-se o balanço de massa para o vapor de água: 
 
221133 YmYmYm += (P2.2) 
Sabe-se que 
213 mmm += (P2.3) 
Explicitando m2 na equação (P2.3) e substituindo o resultado em (P2.2): 
2131133 Y)mm(YmYm −+= (P2.4) 
Explicitando m1 na equação (P2.4): 
)YY(
)YY(
mm
21
23
31 −
−= (P2.5) 
Substituindo os valores de m3, Y3, Y2 e Y1 em (P2.5): 
)051,00080,0(
)051,00260,0(1,32m1 −
−= ⇒ min/osecarkg6628,18m1 = 
Da equação (P2.3): 
6628,181,32mmm 132 −=−= ⇒ min/osecarkg4372,13m2 = 
 
Efetuando o balanço de energia, pode-se calcular a entalpia da mistura: 
1,32
1754372,13506628,18
mm
hmhm
h
21
2211
3
×+×=+
+= ⇒ osecarkg/kJ103h 3 = 
 
h3 deve bater com o encontrado na carta psicrométrica!!!