LISTA 10 - EVAPORADORES - 2020

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Lista de Exercícios 10 
 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR E ELEMENTOS 
CONSTRUTIVOS 
Curso: Engenharia Mecânica 
 
Evaporadores 
Prof. Antonio Batista de Oliveira Jr 
 
1) Área de transferência de calor em evaporador de efeito simples () 
Um evaporador de efeito simples está concentrando uma solução salina de concentração 
1,0 % (massa), cuja vazão de alimentação é de 9072 kg/h e que se encontra a uma 
temperatura de 311 K (37,8°C), a solução deverá ser concentrada até 1,5 % (massa). A 
pressão no espaço do vapor no interior do equipamento é de 101,325 kPa (1.0 atm) e o 
vapor saturado fornecido ao evaporador está a uma pressão de 143,3 kPa. O coeficiente 
global de transferência de calor é de 1704 W/m2.K. Calcule as quantidades de vapor e 
líquido produzidos e a área de troca térmica necessária a esta operação. 
Resposta: L = 6048 kg/h; V = 3024 kg/h; A = 150m2 
 
2) Uso da carta de Dühring () 
Em um processo de evaporação de uma solução a 30% de NaOH a uma pressão de 
25,6 kPa (3,72 psia) determine a temperatura de ebulição desta solução, assim com a 
elevação do ponto de ebulição (BPR) da solução em relação a água pura na mesma 
pressão. 
Resposta: T = 79,5oC (175oF); BPR = 14,4oC 
 
3) Evaporação de uma solução de NaOH () 
Um evaporador é usado para concentrar 4536 kg/h de uma solução aquosa de NaOH a 
20%, que entra no evaporador a 60oC e sai (licor forte) a uma concentração de 50%. A 
pressão do vapor saturado utilizado (vivo) é 172,4 kPa e a pressão de vapor no interior 
do evaporador é 11,7 kPa (1,7 psia). O coeficiente global de transferência de calor é 
1560 W/m2.K (275 BTU/h.ft2oF). Calcule o consumo do vapor utilizado, a economia de 
vapor (kg vaporizado/kg vapor usado) e a área da superfície de aquecimento em m2. 
Resposta: S = 3250 kg/h; A = 49 m2 
 
4) Coeficiente de transferência de calor em evaporador de efeito simples () 
Uma corrente com vazão de 4535 kg/h de uma solução salina, contendo 2% (massa) a 
311 K, adentra um evaporador de efeito simples e é concentrada até 3%. A evaporação 
ocorre sob pressão atmosférica e a área do evaporador é de 69,7 m2. Vapor saturado a 
383,2 K é fornecido para o aquecimento. Uma vez que a solução é diluída pode-se 
considerar que tenha o mesmo ponto de ebulição da água. A capacidade calorífica da 
alimentação é de 4,10 kJ/kg.K. Calcule as quantidades de vapor e líquido produzidos e o 
coeficiente global de transferência de calor. 
Resposta: U = 1820 W/m2.K 
 
5) Efeito do aumento da taxa de alimentação sobre o evaporador () 
Utilizando a mesma área, coeficiente global, pressão do vapor vivo, pressão no 
evaporador e temperatura da alimentação do problema anterior, calcule as quantidades 
de líquido e vapor que deixam o evaporador e a concentração da corrente líquida 
produzida se a vazão de alimentação é aumentada para 6804 kg/h. 
Resposta: V = 1256 kg/h; L = 5548 kg/h; xL = 2,5% 
 
6) Produção de água destilada () 
Um evaporador com área de troca térmica de 83,6 m2 e U = 2270 W/m2.K é usado para 
produzir água destilada com a qual se alimenta outro equipamento. Água comum, 
contendo 400 ppm de sólidos dissolvidos a 15,6oC é alimentada ao evaporador que opera 
a 1 atm (absoluta). Vapor saturado a 115,6oC está disponível para uso. Calcule a 
quantidade de água destilada produzida por hora se o líquido produzido contém 800 ppm 
de concentração de sólidos. 
Resposta: V = 3595 kg/h 
 
7) Determinação da BPR de soluções () 
Com o emprego do Perry – Handbook de Eng. Química – determine o ponto de ebulição e 
a elevação no ponto de ebulição (Boiling Point Rise – BPR) das seguintes soluções: 
a) solução fervente a 30% (massa) de ácido cítrico em água a 220ºF 
b) solução fervente a 40% (massa) de sacarose em água a 220ºF 
Resposta: a) BPR = 2,2oF (1,22oC) 
 
8) Coeficiente de transferência de calor para evaporação de NaOH () 
A fim de concentrar 4536 kg/h de uma solução de NaOH, contendo 10% (massa) até 
uma concentração de 20% (massa), um evaporador de efeito simples de área de troca 
térmica igual a 37,6 m2 está sendo usado. A alimentação entra a 21,1ºC (294,3 K). Vapor 
saturado a 110ºC (383,2 K) é usado para aquecimento e a pressão no espaço do vapor do 
evaporador é 51,7 kPa. Calcule a quantidade (kg/h) de vapor usado e o coeficiente global 
de troca térmica. 
Resposta:S = 2885 kg/h; U = 2371,4 W/m2.K