Disserte um projeto de trocador de calor contra-corrente para recuperar calor de efluente doméstico. Dados…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Disserte um projeto de trocador de calor contra-corrente para recuperar calor de efluente doméstico. Dados: vazão efluente ?_e = 0,50 kg·s^-1 a T_e,in = 40,0 °C; água fria ?_w = 0,30 kg·s^-1 a T_w,in = 15,0 °C. c = 4180 J·kg^-1·K^-1. Considere trocador ideal; calcule T_w,out máximo e energia recuperável; proponha sensores digitais para otimização.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Capacidades térmicas: C_e=?_e c=0,50·4180=2090 W·K^-1; C_w=?_w c=0,30·4180=1254 W·K^-1. Em trocador contra-corrente ideal, T_w,out = T_e,in e se C_e = C_w o fluido frio pode atingir T_e,in. Aqui C_e > C_w, logo T_w,out,max = 40,0 °C. Energia recuperada Q? = C_w·(T_w,out-T_w,in)=1254·(40-15)=1254·25=3,135×10^4 W ˜ 31,4 kW. Viabilidade: reduzirá necessidade de aquecimento complementar; verificar material, queda de pressão e riscos biológicos. Sensores digitais: medidores de vazão (kg·s^-1), termopares em entradas/saídas, algoritmo de controle para ajustar recuperador e evitar contaminação; uso de IoT para monitoramento e previsão de desempenho.
Explicação
A análise das capacidades térmicas dos fluidos permite determinar a temperatura máxima que a água fria pode atingir, considerando que o trocador é ideal e que a capacidade térmica do efluente é maior. O cálculo da energia recuperada é fundamentado na diferença de temperatura entre a água fria e a temperatura máxima alcançada, evidenciando a eficiência do sistema. A proposta de sensores digitais para monitoramento e controle otimiza o desempenho do trocador, garantindo segurança e eficiência no processo.
Raio-X da questão
trocador de calor
avaliacao
princípios de termodinâmica · transferência de calor
Revisar os princípios de transferência de calor e trocadores de calor contra-corrente.
O aluno pode confundir os conceitos de temperatura de entrada e saída, não aplicando corretamente as fórmulas de troca de calor.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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