Uma oficina de pintura instalou um destilador para recuperar solvente usado na limpeza de ferramentas. Em…

Questão

Uma oficina de pintura instalou um destilador para recuperar solvente usado na limpeza de ferramentas. Em determinado ciclo, 8,0 kg de solvente, já na temperatura de ebulição, são completamente vaporizados. O vapor é depois condensado e recolhido para reutilização. O calor retirado no condensador pode ser parcialmente aproveitado para fundir resíduos de um termoplástico empregado em pequenos reparos. Considere os seguintes dados: - calor latente de vaporização do solvente: 350 kJ/kg; - fração do calor de condensação efetivamente recuperada: 60%; - calor latente de fusão do termoplástico: 140 kJ/kg; - 1 kWh = 3600 kJ. Admita que o solvente e o termoplástico já estejam nas respectivas temperaturas de mudança de estado, que o aquecedor elétrico seja ideal e que as demais perdas de energia sejam desprezíveis. Calcule a energia elétrica consumida na vaporização, em kWh, e a massa máxima de termoplástico que pode ser fundida com o calor recuperado, explicando como a conservação da energia fundamenta o reaproveitamento térmico nesse processo.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Na vaporização, a energia necessária é calculada por Q = m x L. Assim, Q = 8,0 kg x 350 kJ/kg = 2800 kJ. Como 1 kWh corresponde a 3600 kJ, o consumo de energia elétrica é 2800/3600 = 0,78 kWh, aproximadamente. Na condensação da mesma massa de solvente, são liberados 2800 kJ, pois a condensação é a transformação inversa da vaporização e apresenta o mesmo valor de calor latente em módulo. Como o sistema recupera 60% dessa energia, o calor útil é Q recuperado = 0,60 x 2800 kJ = 1680 kJ. Para fundir o termoplástico, aplica-se novamente Q = m x L. Logo, m = Q/L = 1680 kJ dividido por 140 kJ/kg = 12 kg. Portanto, o processo consome aproximadamente 0,78 kWh na vaporização e permite fundir, no máximo, 12 kg de termoplástico com o calor recuperado. A conservação da energia indica que a energia absorvida pelo solvente durante a vaporização não desaparece: ela é liberada ao ambiente durante a condensação. O sistema recupera parte dessa energia e a transfere ao termoplástico. Esse aproveitamento reduz a necessidade de fornecer nova energia para a fusão, melhora a eficiência do processo e favorece o uso consciente de recursos, embora 40% do calor de condensação ainda não seja aproveitado.

Explicação

A resolução relaciona as mudanças de estado ao calor latente. A vaporização exige 2800 kJ, equivalentes a cerca de 0,78 kWh. Na condensação, essa energia é liberada; com recuperação de 60%, ficam disponíveis 1680 kJ, suficientes para fundir 12 kg do termoplástico.

Raio-X da questão

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