COMPARAÇÃO DA TEMPERATURA DE UMA SOLUÇÃO EM UM TANQUE DE MISTURA COM AQUECIMENTO COM DIFERENTES COEFICIENTES DE TROCA TÉRMICA
Por: TEREZINHA10 • 7/6/2017 • Trabalho acadêmico • 1.178 Palavras (5 Páginas) • 285 Visualizações
[pic 1]
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA – ITEC
FACULDADE DE ENGENHARIA QÍMICA
FRANK SALES, 201207540051
COMPARAÇÃO DA TEMPERATURA DE UMA SOLUÇÃO EM UM TANQUE DE MISTURA COM AQUECIMENTO COM DIFERENTES COEFICIENTES DE TROCA TÉRMICA
Belém, 2017
FRANK SALES, 201207540051
COMPARAÇÃO DA TEMPERATURA DE UMA SOLUÇÃO EM UM TANQUE DE MISTURA COM AQUECIMENTO COM DIFERENTES COEFICIENTES DE TROCA TÉRMICA
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Belém, 2017
Foi proposto o seguinte problema em sala:
Uma solução diluída a 20°C é adicionada a um tanque de agitação a uma taxa de 180 kg/h, uma serpentina tendo uma área de 0,9m2 está localizada no tanque e contém vapor condensado a 150ºC. O liquido aquecido deixa o tanque a 120 kg/h e na mesma temperatura da solução do tanque. Há 500 kg de solução a 40°C no tanque no início da operação. A capacidade térmica da água, cp, é 1 kcal/ kg . °C. Calcule a temperatura de saída depois de 1h. Usando os coeficientes de transferência de calor U=342 kJ/ h . m2 . °C e U=170 kJ/ h . m2 . °C. Faça comparação dos resultados.
Bem, para facilitar o entendimento do problema e em seguida resolvê-lo, montou-se esquematicamente a figura 1 que descreve toda a sistemática do problema que é um processo de mistura com aquecimento. .
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Figura 1: Esquema representativo do problema. Fonte: Própria, 2017.
Em que: Tsd é a temperatura da solução diluída; msd é o fluxo mássico de entrada solução diluída; Tmis = T é a temperatura de saída da mistura; Tve é a temperatura do vapor condensado; Tve é a temperatura de saída do vapor condensado (liquido); A área de troca térmica e U é o coeficiente global de troca térmica.
- Baseado na figura 1, desenvolveu-se o balanço de massa e energia para o sistema.
- Balanço de massa:
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- Balanço de energia:
[pic 6]
Sendo que:
E = U= m . cp . (T- TR) Eq. 3[pic 7][pic 8]
Q = U . A . (T - Tve) Eq. 4
Ee fluxo = msd . cp. Tsd Eq. 5
Es fluxo = mmis . cp. T Eq. 6
W = 0
g``` = 0
Aplicando as equações 3, 4, 5 e 6 em 1 e rearranjando, tem-se:
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Aplicando a equação 1 em 7, tem-se:
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[pic 11]
- Para resolver o problema proposto, as equações 1 e 8 formam um sistema de equações diferenciais ordinárias, em que o mesmo será resolvido no Software Fortran pela rotina IVIPAG, uma vez que o problema é de valor inicial. O algoritmo do problema está em anexo a esse trabalho.
- Sistema:
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[pic 13]
; [pic 14][pic 15]
- Resultados:
De acordo com o programa elaborado no software Fortran, os resultados das temperaturas e massa da solução no tanque usando os diferentes coeficientes de transferência de calor em cada intervalo de tempo de cada ponto discreto (foram determinados dez pontos) estão exposto na tabela 1.
Tabela 1: massa e temperatura da solução em cada
intervalo de tempo.
t (h) | m(kg) | T (°C) | T (°C) |
U=342 | U=170 | ||
0 | 500 | 40,00 | 40,00 |
0,1 | 506 | 45,73 | 42,54 |
0,2 | 512 | 50,88 | 44,89 |
0,3 | 518 | 55,50 | 47,08 |
0,4 | 524 | 60,00 | 49,10 |
0,5 | 530 | 63,41 | 50,98 |
0,6 | 536 | 66,78 | 52,72 |
0,7 | 542 | 69,83 | 54,34 |
0,8 | 547 | 72,59 | 55,84 |
0,9 | 554 | 75,08 | 57,24 |
1 | 560 | 77,34 | 58,55 |
Fonte: Própria, 2017.
De acordo com a tabela 1, a temperatura da solução depois de 01h usando o coeficiente de transferência de calor igual a 342 é 77,34ºC, no entanto a temperatura da solução usando um coeficiente de transferência de calor menor igual a 170 sai do tanque a uma temperatura de 58,55°C. Essa diferença de temperatura da solução usando os diferentes coeficientes de troca térmica pode ser explicado, analisando a equação 4 que mostra que a quantidade de calor transferida ao sistema é proporciona ao coeficiente de troca térmica e a área dessa troca, logo quanto menor for o U menor a temperatura da solução na saída do sistema.
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