Cesgranrio · Petrobras · Técnico(a) de Operação Júnior · 2017 · questão 46

Cesgranrio Petrobras 2017 Física · Ciclos térmicos aplicados também em Operação · Destilação

Questão 46

Uma bomba de calor tem por finalidade transferir calor de uma fonte fria para uma fonte quente.

Na coluna de destilação acima representada, visando a efetuar troca de calor entre as correntes de topo e de fundo da coluna, a bomba de calor ilustrada apresenta uma configuração

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Resposta da banca: A

Resolução comentada

Situar o problema antes de resolver.

Assunto

Bomba de calor: comprimir o vapor eleva sua temperatura de condensação, e ele pode aquecer uma corrente mais quente que a de origem.

Objetivo

Julgar se a configuração da figura, vapor do topo comprimido e condensado no refervedor do fundo, é adequada. O que está em jogo é entender que a compressão permite levar calor do topo frio ao fundo quente.

Conceitos para revisar

Topo frio, fundo quente

Numa coluna, o topo é mais frio que o fundo. Calor não vai sozinho do topo ao fundo: precisa de uma bomba de calor.

\[T_{\text{topo}} < T_{\text{fundo}}\]

por isso o compressor

O que o compressor faz

Eleva a pressão do vapor do topo, e com ela a temperatura de condensação, acima da do fundo. No refervedor o vapor condensa e cede calor ao fundo. É exatamente uma bomba de calor.

\[P \uparrow \Rightarrow T_{\text{cond}} \uparrow > T_{\text{fundo}}\]

configuração adequada

Preparar o terreno antes de resolver.

A figura da prova

Uma coluna de destilação no centro. O gás do topo vai para a esquerda, passa por um compressor e desce até um trocador na base, o refervedor, de onde sai líquido L; esse líquido sobe por uma válvula, como L+G, até um trocador e um vaso de topo à direita, que separa G e L. Do fundo da coluna sai líquido; parte volta pelo refervedor como G.

Dados

Grandeza	Valor
Figura	vapor do topo vai ao compressor, depois ao refervedor do fundo, condensa e volta por uma válvula ao vaso de topo
Objetivo	trocar calor entre topo e fundo
Pergunta	a configuração é adequada?

Conversões

Nenhuma: a questão é conceitual.

Estratégia

Reconheça o ciclo: compressor, condensador no refervedor, válvula de expansão.
Verifique que o compressor resolve a diferença de temperaturas.

Agora sim, resolver.

Passos lógicos

A resolução tem 3 passos. Revele um de cada vez e, antes de abrir cada um, tente prever a linha de raciocínio.

O ciclo

Vapor do topo comprimido, condensado no refervedor, expandido na válvula: bomba de calor completa.

\[\text{compressor} \to \text{refervedor} \to \text{válvula}\]

A objeção da temperatura

O topo é mais frio que o fundo, mas o compressor sobe a temperatura de condensação do vapor: o calor vai do topo ao fundo. (B) descreve o problema que a bomba resolve.

\[\text{(B): errada}\]

Responder

Adequada. (A).

\[(A)\]

Resposta

\[\text{adequada: transfere calor do topo ao refervedor}\]

Alternativa A

Acelerar, conferir e escapar da armadilha.

Como resolver rápido

É reconhecer o ciclo da bomba de calor no fluxograma, sem conta.

\[\text{comprimir o vapor do topo} \Rightarrow \text{condensa no fundo}\]

\[\text{(A)}\]

Avaliar a coerência

1O enunciado define bomba de calor como fria para quente

Topo frio para fundo quente é exatamente o caso. Elimina (B) e (E). Atalho mental.

2Expansor no lugar do compressor faria o inverso

Elimina (C), e (D) descreve um problema que a válvula de expansão resolve. Elimina (D), confirma (A).

Cuidado com a pegadinha

O topo é mais frio que o fundo

Quem lê (B), concorda com o fato e marca, sem ver que o compressor existe para isso.

A (B) afirma uma verdade e tira dela a conclusão errada. Bomba de calor serve justamente para vencer essa diferença.

AntídotoPergunte o que o compressor faz: sobe a temperatura de condensação.