Simulação e Controle: Resolução de Problemas com CO2, Biodiesel e Balanço de Massa

TRABALHO DE SIMULAÇÃO E CONTROLE GRUPO 02 Todas as questões devem ser respondidas através de Desenvolvimento do problema Variáveis de entrada Algorítimo de solução Implementação através de planilha eletrônica ou outra linguagem de computador 1 Utilizando a equação de van der Walls estimar a densidade kg m3 de gases como CO2 CH4 e NH3 em função da pressão e temperatura a 200C e 19 atm de pressão Equação Função Dados Van der Waals P RT vb a v² a27RT C² 64 PC b RT C 8PC 2 O biodiesel é uma mistura de ésteres de elevada massa molecular resultantes da reação de glicerídeos com álcoois Um dos componentes representativos do biodiesel é o metil estearato que pode ser representado pela fórmula C19H38O2 A combustão do metil estearato pode ser representada pela equação C19H38O2 aT O2 376 N2 x CO2 y H2O z N2 em que aT é a quantidade de ar teórico necessária para a combustão completa A temperatura de ponto de orvalho da mistura oriunda da combustão completa é função da pressão parcial de vapor dágua representada pela equação de Antoine para predição da pressão de vapor da água Equação de Antoine ln PSATA B T C T em K PSAT em mmHg Composto Constantes da Equação de Antoine Faixa de Temperatura K A B C Mínima Máxima Água 183036 381644 4613 284 441 Considerando que os produtos de combustão da reação representada acima estão à pressão de 70 kPa a temperatura do ponto de orvalho em graus Celsius do sistema é 3 Considere um tanque com uma capacidade de 800 L que contém inicialmente 100 L de água com 80 kg de sal em solução Água contendo 14 kg de sal L está entrando a uma vazão de 33 L min e a mistura que está sendo homogeneizada é deixada escoar para fora do tanque a uma vazão de 21 L min Determine a quantidade de sal kg no tanque em qualquer tempo antes do instante que a solução comece a transbordar assim como a concentração de sal kg L neste instante de tempo 4 Boiler de 1800 litros de água está com água inicialmente a 87ºC com dimensões e condições de troca térmica conforme descrito abaixo O mesmo está perdendo calor por 11 horas para o ambiente a 27ºC e pela manhã os habitantes desta casa tomam banho com um gasto total de água do boiler de 300 litros com reposição deste volume a uma temperatura de 20ºC Qual é a temperatura final prevista para o boiler ºC após o banho Interna h1 22 W m2 ºC Condutividade Térmica do isolamento K 025 W m ºC Externa h2 35 W m2 ºC Cilindro com 2800 mm de comprimento 880 mm de diâmetro total e 8 cm de espessura de isolamento térmico Troca calor em todas as faces Calor específico da água igual a 418 kJ kg ºC Deduzir a equação de previsão da temperatura do boiler em troca térmica com o ambiente em termos de balanço de energia entra sai acúmulo Lei de Resfriamento de Newton pode ser aplicada SaiTT RT AcúmulomC P dT dt T tT iT e t RT mC T 5 Uma barra de aço de 70 cm de diâmetro é 28 m de comprimento ρ 7800 kg m3 CP 05 kJ kg C a uma temperatura inicial de 700C entra em contato com água a uma temperatura inicial de 20C e dois casos uma massa de 2000 litros e outro caso com 6000 litros de água Qual a temperatura final do processo assumindo que o processo é adiabático e fechado Avaliar qual seria o título deste sistema ou seja qual a fração de água que está na fazer vapor assumindo que o calor de vaporização da água igual a 2400 kJkg 6 Em processos de troca térmica em estado transiente é descrito pela solução em série conforme equação 01 para coordenada esférica θCENTROT 0T TiT i1 n Aie λi 2τ01 Foτ α t LC ² Onde λi são as raízes da equação 02 como uma função do número adimensional de Biot Bi f λi1λicotλiBi02 Bi hLc k Sólido Calcular os cinco primeiros termos da série com λ1 λ2 λ3 λ4 λ5 como solução da equação 02 com valores iniciais iguais a 310 610 910 1210 e 1510 respectivamente utilizando o método de Newton em função do número de Biot 07 Um processo necessita refrigerar o ar atmosférico para que a sala fique a uma temperatura constante de 20C a uma vazão de 25000 m³h Para tanto a captação é de ar atmosférico a 41C e umidade relativa de 55 a uma pressão atmosférica de 600 mm Hg Qual a carga térmica kW para este processo 08 Calcular o fator de atrito f de um fluido em um determinado escoamento através da equação estabelecida em 1939 por intermédio da equação de ColebrookWhite apresentada a seguir 1 f 2log k 37 D 251 Ref em que f fator de atrito de DarcyWeibach adimensional k rugosidade equivalente da parede do tubo m D diâmetro interno do tubo m Re número de Reynolds adimensional A resolução desta equação requer um processo iterativo pois a função é implícita em relação ao fator de atrito presente nos dois membros da equação Em 1939 a resolução de equações por processos iterativos demandava excesso de tempo o que popularizou diagrama de Moody mas com o desenvolvimento dos conhecimentos da computação esse problema foi solucionado Criar um algoritmo para cálculo do fator de atrito conforme o método de Newton com a número de Reynolds rugosidade e diâmetro do tubo como entradas e incluir a temperatura para cálculo de propriedades do ar atmosférico 09 A temperatura de chama é uma informação importante para projetos e segurança de bicos queimadores Qual seria a temperatura de chama para a queima de propano puro um dos constituintes do GLP que pode incluir um excesso de ar ou apenas o ar em proporção estequiométrica 10 Determine as temperaturas nodais em estado estacionário