Lista 6 - Pressão de Vapor e Pressão Parcial - 2024-1

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Departamento de Engenharia de Alimentos Fundamentos de Engenharia de Alimentos – ZEA0361 Profa. Juliane Viganó ___________________________________________________________________________ R. Duque de Caxias, 225 - Jardim Elite, Pirassununga - SP, 13635-900 1 Lista de Exercícios 6 – Pressão de Vapor e Pressão Parcial Curso: Engenharia de Alimentos Disciplina: Fundamentos de Engenharia de Alimentos – ZEA0361 Docente: Profa. Dra. Juliane Viganó Exercício 1. O acetato de isobutila é um componente aromático das frutas. Se tivermos ar saturado com esse componente a 1 atm e 25 ºC, qual será a razão mássica entre o acetato e o ar seco? Exercício 2. Em um evaporador contendo suco de laranja a 12% de sólidos, a temperatura é mantida a 55 ºC para evitar perdas nutricionais e aromas. Qual o vácuo necessário para que o suco entre em ebulição (desconsidere a elevação do ponto de ebulição pela presença de sólidos)? Exercício 3. A energia térmica necessária para evaporadores, refervedores, pasteurizadores e aquecedores é normalmente fornecida por aquecimento indireto com vapor de água (saturado ou superaquecido) com até 10 kgf/cm². O vapor é produzido na caldeira e transportado por tubulações isoladas termicamente até os equipamentos. Se um manômetro instalado na linha de vapor saturado indicar 3,2 kgf/cm², qual será a temperatura do vapor? Na mesma linha é comum anexar uma linha para separar o vapor que condensa. Se essa linha se encontra na mesma pressão, qual a temperatura do líquido? Dado: Pressão atmosférica igual a 1 kgf/cm². Exercício 4. Vapor de água superaquecido (100 ºC e 1 kgf/cm²) é comprimido até 10 kgf/cm². Sabendo-se que a compressão pode ser admitida como um processo isentrópico, pede-se para determinar a temperatura e o volume específico do vapor resultante. Exercício 5. Ar a 1 atm e 25 ºC possui umidade absoluta de 0,009 kg água/kg ar seco. Qual a sua umidade relativa? Exercício 6. Em uma determinada noite as condições atmosféricas eram 28 ºC, 70% de umidade relativa e pressão de 730 mmHg. Ao amanhecer notava-se muito orvalho e as condições eram 15 ºC e pressão de 740 mmHg. Qual a quantidade de vapor de água condensada por kg de ar seco? Exercício 7. Um secador desidrata cebola de 88% até 6% de umidade, utilizando ar ambiente (25 ºC e 60% UR) aquecido a 100 ºC. O ar sai do secador a 40 ºC e 50% UR. Supondo que a pressão local é 1 atm, pode-se: a) Qual a quantidade (kg) de ar necessária por kg de matéria seca de cebola? UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Departamento de Engenharia de Alimentos Fundamentos de Engenharia de Alimentos – ZEA0361 Profa. Juliane Viganó ___________________________________________________________________________ R. Duque de Caxias, 225 - Jardim Elite, Pirassununga - SP, 13635-900 2 b) Para uma alimentação de 100 kg/h de cebola a 88% de umidade, qual deverá ser a vazão de ar ambiente em m³/h? Exercício 8. Na determinação da atividade de água de um alimento, o seguinte experimento foi realizado a 25 ºC. Uma amostra do alimento junto com uma pequena quantidade de ar foram confinados no interior de um recipiente fechado. Após equilíbrio do alimento com o ar a 700 mmHg e 25 ºC, uma amostra de ar foi cuidadosamente coletada e por um processo qualquer de análise, determinou-se sua umidade absoluta como sendo 0,015 kg água/kg ar seco. Pede-se para determinar a atividade de água do alimento e a umidade relativa do ar nas condições do experimento. Exercício 9. A atividade de água de um alimento à pressão atmosférica pode ser obtida através da medida de umidade relativa do ar em equilíbrio com o alimento. No entanto, em termos práticos é muito difícil medir diretamente a umidade relativa do ar. Um dos métodos de se medir a atividade de água, é recircular o ar que está em equilíbrio com o alimento, fazendo-o entrar em contato com uma superfície espelhada na qual podemos monitorar sua temperatura. Abaixa- se gradativamente a temperatura do espelho até observar que ele começa a embaçar, indicando que o ar que entra em contato com ele fica saturado. Portanto, qual a atividade de água do alimento se a temperatura lida no espelho for de 21 ºC? Exercício 10. Para avaliar a atividade de água de um alimento, o seguinte experimento foi idealizado: • Amostras de 100 g do alimento foram colocadas em diferentes ambientes contendo umidades controladas. • Todos os ambientes foram mantidos a 25 ºC, 1 atm, mas com umidades absolutas diferentes de 0,017, 0,016, 0,015, 0,015 kg água/kg ar seco. Após 4 h de exposição, as amostras foram pesadas. As amostras expostas aos ambientes de 0,017 e 0,016 kg água/kg ar seco ganharam massa e as outras duas perderam. Qual deve ser o valor aproximado da atividade de água da amostra de alimento? Exercício 11. Uma coluna de destilação foi usada para separar metanol de etanol. A coluna foi operada à pressão absoluta de 600 mmHg, praticamente constante em toda a coluna. No topo da coluna se obtém o metanol como destilado no estado líquido saturado e etanol como produto de fundo no estado líquido saturado. Pede-se: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Departamento de Engenharia de Alimentos Fundamentos de Engenharia de Alimentos – ZEA0361 Profa. Juliane Viganó ___________________________________________________________________________ R. Duque de Caxias, 225 - Jardim Elite, Pirassununga - SP, 13635-900 3 a) Determine a faixa de temperatura (em ºC) de trabalho empregada do fundo ao topo da coluna; b) Qual deve ser a pressão lida em um manômetro instalado na coluna, sabendo-se que a pressão atmosférica é de 760 mmHg? Exercício 12. Qual a diferença entre temperatura de bulbo seco e de bulbo úmido? A temperatura de bulbo úmido pode ser maior que a temperatura de bulbo seco? Exercício 13. Mistura de ar e vapor d’água está a 70 ºC, 1 atm e 15% UR. Estime: a) Umidade absoluta; b) Volume úmido; c) Temperatura de bulbo úmido; d) Calor úmido; e) Ponto de orvalho. Exercício 14. Mediu-se a temperatura de bulbo seco e bulbo úmido do ar a 1 atm e se obteve 28 ºC e 12 ºC. Indique as seguintes características: a) Umidade absoluta; b) Umidade relativa; c) Pressão parcial do vapor d’água; d) Entalpia; e) Volume úmido; f) Temperatura do ponto de orvalho. Exercício 15. Calcule as seguintes propriedades do ar úmido a 1 atm e compare com os valores lidos na carta psicrométrica. a) Umidade absoluta do ar saturado a 120 ºF; b) Entalpia do ar saturado a 120 ºF; c) Volume úmido do ar saturado a 120 ºF; d) Umidade absoluta do ar a 160 ºF com temperatura de bulbo úmido de 120 ºF. Exercício 16. Um típico dia de outono em Pirassununga tem 27 ºC e temperatura de bulbo úmido de 20 ºC. Para essas condições atmosféricas, estime: a) A temperatura do ponto de orvalho; b) A umidade absoluta do ar; c) A umidade relativa.