Em indústrias, é comum a utilização de tanques encamisados para aquecimento do líquido contido no tanque. Nesses tanques, há envolto uma espécie de camisa térmica preenchida com água junto a uma resistência térmica, conhecida também por serpentina, que promove o aquecimento da água. Essa camisa térmica do tanque não está em contato direto com ele, ou seja, trata-se de um sistema fechado, que não permite a mistura da água com o conteúdo presente no tanque. O sistema desse tipo de tanque é demonstrado na figura a seguir, em que a parte amarela representa a camisa de aquecimento por onde circula a água quente. Num determinado dia de produção, a serpentina de aquecimento parou de funcionar. O conteúdo presente nesse tanque trata-se de um produto de alto valor agregado, que está sendo produzido por enzimas extremamente sensíveis a variações na temperatura. O Engenheiro de Produção foi solicitado a fazer o reparo imediato, para evitar uma grande perda de produção. Ele verificou que na empresa não havia "resistência de aquecimento" para a troca. Para solucionar o problema, fez uma improvisação (também conhecido como artifício técnico) tirando o pedaço quebrado, cerca de 1/4 do comprimento total da “resistência de aquecimento”, e ligando novamente, o pedaço restante ao conector. Considere que o valor original da potência era 4500W e que a resistividade da “resistência de aquecimento” não muda com a temperatura. Resolva os pontos descritos a seguir: a) Qual a nova potência dissipada pela serpentina improvisada? b) Nessa nova situação, a mistura irá aquecer mais ou menos que na situação inicial? Justifique sua resposta. (Máximo de 5 linhas). c) No problema ilustrado, há outro fenômeno físico envolvido, a transferência de calor entre a camisa de aquecimento e a mistura presente no tanque. Quais as formas mais pronunciadas de transferência de calor: condução, convecção ou irradiação? Justifique sua resposta. d) Supondo que com a improvisação o calor fornecido ao tanque aumentou em 40% e que a mistura reacional é sensível ao aumento brusco da temperatura. Qual deve ser a proporção de aumento da massa no tanque para compensar esse aquecimento? Considere que o calor específico da substância é constante e que a temperatura final não pode exceder seu valor máximo (é sensível), portanto, a variação de temperatura também deve ser constante. Observações: - Não há um formulário padrão. A atividade pode ser entrega em .doc ou em PDF. - Apresente todos os cálculos. Quanto mais detalhado estiver, melhores as chances da questão ser considerada parcialmente em caso de um eventual erro no resultado.
Soluções para a tarefa
Resposta:
a) Qual a nova potência dissipada pela serpentina improvisada?
Potência original: P = U²/R ---> U é constante ---> U²/R = 4 500
Nova resistência ---> R' = R - (1/4).R ---> R' = (3/4).R
Nova potência ---> P' = U²/R' --- P' = U²/(3/4).R ---> P' = (4/3).(U²/R) --->
P' = (4/3).4 500 ---> P' = 6 000 W
b) Nessa nova situação, a mistura irá aquecer mais ou menos que na situação inicial? Justifique sua resposta. (Máximo de 5 linhas).
A mistura irá aquecer mais, pois, a potência dissipada aumentou de 4400 W, para 6000 W.
c) No problema ilustrado, há outro fenômeno físico envolvido, a transferência de calor entre a camisa de aquecimento e a mistura presente no tanque. Quais as formas mais pronunciadas de transferência de calor: condução, convecção ou irradiação? Justifique sua resposta.
Condução Térmica - A energia calorífica é transmitida por meio de corpos sólidos que aquecem, seja pelo calor do fogo, ou pelo contato com outro mais quente. Assim, quando aquecemos um corpo sólido, a energia cinética aumenta e consequentemente, a agitação das moléculas.
d) Supondo que com a improvisação o calor fornecido ao tanque aumentou em 40% e que a mistura reacional é sensível ao aumento brusco da temperatura. Qual deve ser a proporção de aumento da massa no tanque para compensar esse aquecimento? Considere que o calor específico da substância é constante e que a temperatura final não pode exceder seu valor máximo (é sensível), portanto, a variação de temperatura também deve ser constante.
Qn=Qa + (2/5).Qa à Qn= (5.Qa + 2.Qa)/5 à Qn=(7/5).Qa
Qa=m.Ce.t à c=Ce.t à Qa=m.c
Qn=(7/5).Qa à Qn=(7/5).m.c
Então, a massa deve aumentar em uma proporção de 7/5.
Explicação: "NÃO TENHO CERTEZA DAS RESPOSTAS". "PESQUISE BASTANTE ANTES DE CONCLUIR SEU TRABALHO".