Modelagem e Simulação de Processos Químicos - Resolução de Problemas com Scilab

ROTEIRO DE TRABALHO REGIME ESPECIAL Modelagem e Simulação de Processos O conteúdo da disciplina abrange 3 Módulos a saber MÓDULO A ASPECTOS GERAIS EM MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE PROCESSOS QUÍMICOS MÓDULO B MODELAGEM MÓDULO C SIMULAÇÃO PROBLEMA 1 Modelagem Escreva um algoritmo no software SCILAB httpswwwscilaborg para resolver o problema abaixo Descrição do problema Sistemas de tubulações são encontrados em quase todos os projetos de engenharia e por isso foram e têm sido estudados extensivamente O problema básico das tubulações é o seguinte dada a geometria dos tubos e de seus componentes adicionais tais como válvulas curvas etc mais a vazão desejada para o escoamento e as propriedades do fluido qual é a queda de pressão necessária para se manter o escoamento O problema é claro pode ser formulado de outra maneira dada a queda de pressão e mantida digamos por uma bomba qual vazão irá ocorrer Para calcular a perda por atrito lwf de um fluido incompressível escoando em duto ou tubo circular reto precisamos conhecer o fator de atrito f A fórmula de cálculo de lwf é O fator de atrito relacionado com a perda por atrito dado por essa equação é usualmente chamado de fator de atrito de Fanning Na literatura encontramos outro fator de atrito dado por conhecido como fator de atrito de Darcy Entre os dois o fator de atrito de Fanning é o mais utilizado por engenheiros químicos O fator de atrito fD em escoamentos turbulentos de fluidos incompressíveis em um tubo rugoso em que a rugosidade da superfície é caracterizada pela razão eD é dado pela equação de Colebrook O número de Reynolds para o escoamento em tubos é Dados numéricos a Determine o fator de atrito de um escoamento com Re1x105 e rugosidade relativa eD 00001 b Após obter a resposta plote um gráfico de f em função de Re para tubos lisos eD104 eD103 e eD102 Compare com as curvas apresentadas no diagrama de Moody Notação D Diâmetro interno do tubo e Rugosidade do tubo f Fator de atrito de Fanning fD Fator de atrito de Darcy lwf Perda por atrito L Comprimento do tubo Re Número de Reynolds ub Velocidade média Solução Para usar a função fsolve a equação implícita é reescrita para PROBLEMA 2 Simulação Faça a simulação abaixo utilizando o software COCO SIMULATOR httpswwwcocosimulatororg Simule um sistema de refrigeração em cascata de dois estágios conforme mostrado na figura abaixo A pressão de saída do compressor à alta pressão linha 6 é 08 MPa A pressão de entrada no compressor à baixa pressão linha 1 é de 014 MPa A rejeição de calor entre o ciclo superior e o ciclo inferior ocorre em um trocador de calor contracorrente e adiabático no qual ambos os fluxos entram a cerca de 032 MPa A vazão mássica do sistema é de 005 kgs A temperatura de saída do evaporador é de 20 C Com base nas informações apresentadas calcule a Adicione uma unidade de cálculo de informação InformationCalculator e calcule o COP do sistema COP b Qual é o valor em kW do calor trocado pelo trocador de calor Heat exchange kW c Faça um estudo paramétrico variando o fluxo mássico do ciclo superior entre 001 e 05 kgs e encontre qual vazão fornece o melhor COP Vazão kgs COP REGRAS Trabalho individual Tanto o algoritmo escrito no Scilab quanto o arquivo de simulação feito no CocoSimulator devem ser enviados compactados no formato zip como anexo Cada arquivo enviado deve conter o nome e o RA do aluno no formato nomeRA Consultar a bibliografia abaixo BIBLIOGRAFIA BEQUETTE B W Process Dynamics modeling analysis and simulation Prentice Hall USA 2008 HIMMELBLAU DM BISCHOFF KB Process analysis and simulation deterministic systems John Wiley and Sons 1968 MYERS AL SEIDER WD Introduction to chemical engineering and computer calculations Prentice Hall 1976 FROMENT GF BISCHOFF KB Chemical Reactor Analysis and Design 2ed John Wiley Sons Inc 1990 RAWLINGS J EKERDT J Chemical Reactor Analysis and Design Fundamentals Nob Hill Pub 2002 PINTO JC LAGE PLC Métodos numéricos em problemas de engenharia química Epapers serviços editoriais ltda 2001