Aquecimento direto a vapor: como calcular o tempo de aquecimento
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Aquecer 1 tonelada de água pelo contato direto com vapor, elevando a temperatura de 20°C para 100°C; pressão do vapor: 0,3 MPa; temperatura final: 135°C. É possível calcular que sejam necessários menos de 300 kg de vapor, mas como determinar o tempo de aquecimento? Derivação da fórmula de transferência de calor direta entre fase gasosa e líquida.
Em “Princípios de Engenharia Química”, há informações sobre a transferência de massa e calor que ocorre no contato direto entre gás e líquido. Geralmente, dentro da torre de resfriamento, o gás e o líquido circulam entre si, permitindo que o líquido seja resfriado. Em seguida, é feito um cálculo detalhado da torre para determinar sua altura adequada. A situação atual é a seguinte: o líquido fica no recipiente, enquanto o vapor é introduzido no interior do recipiente através das aberturas localizadas na parte inferior do mesmo, para aquecê-lo diretamente. Queremos saber qual é o tempo necessário para que o material dentro do recipiente atinja o nível de aquecimento desejado. É possível usar diretamente o parâmetro de tempo no lugar do parâmetro de altura da torre nas equações de transferência de calor e massa para fazer os cálculos?
Se houver agitação, em teoria, esse tempo depende do tempo necessário para injetar a quantidade desejada de vapor de aquecimento. Se for possível injetar 300 kg de vapor em 1 segundo, o tempo de aquecimento será de 1 segundo.
A taxa de transferência de massa e calor entre o líquido e o vapor dentro do recipiente está relacionada à temperatura da solução. Quanto maior for a diferença entre a pressão parcial do vapor saturado e a pressão parcial do vapor à temperatura do líquido, mais rápida será a transferência de calor. Assim como você pode comer 1 kg de comida, não dá para dizer que, em um segundo, você possa comer 1 kg e terminar de comer imediatamente. Isso depende da velocidade com que você come; quanto mais você come, mais lenta será a velocidade de consumo. Ao introduzir vapor na água, ela absorve uma certa quantidade de calor ao longo de um determinado período de tempo. O excesso desse calor é eliminado do recipiente junto com o gás.