É observado que uma panela com 230 mm de diâmetro contendo água a
apresenta uma taxa de perda de massa de
, quando o ar ambiente está seco e a uma temperatura de
.
a) Determine o coeficiente de transferência de massa por convecção nessa situação;
b) Verifique o efeito na taxa de perda de massa por evaporação para o ar ambiente com umidade relativa de
e
.
a) Determine o coeficiente de transferência de massa por convecção nessa situação;
b) Verifique o efeito na taxa de perda de massa por evaporação para o ar ambiente com umidade relativa de
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos uma panela com diâmetro de 230 mm contendo água a 25°C. Observamos que a água está evaporando, e a taxa de perda de massa é de
quando o ar ambiente está seco e também a 25°C.
Conteúdo da matéria: Transferência de massa por convecção e evaporação.
O que vamos precisar para resolver:
- Fórmulas de transferência de massa por convecção.
- Conhecimento sobre concentração de vapor em condições de equilíbrio.
- Cálculo de áreas a partir do diâmetro fornecido.
Passo 2
Vamos começar determinando o coeficiente de transferência de massa por convecção (
). A taxa de perda de massa (
) pode ser relacionada ao coeficiente de transferência de massa pela seguinte equação:
onde:
-
é a taxa de perda de massa ( ), -
é a área da superfície da panela, -
é a concentração de vapor na superfície da água, -
é a concentração de vapor no ar ambiente.
Passo 3
Primeiro, vamos calcular a área da superfície da panela. O diâmetro da panela é de 230 mm, então o raio (
) é de 115 mm ou 0,115 m.
Passo 4
Agora, precisamos determinar
e
.
é a concentração de vapor na superfície da água, que em equilíbrio é igual à pressão de vapor da água a 25°C dividida pela constante dos gases (
) e pela temperatura absoluta (
).
A pressão de vapor da água a 25°C é aproximadamente 3,17 kPa. Usando
e
:
Passo 5
Para
, quando o ar está seco, a concentração de vapor no ar ambiente é zero. Portanto:
Passo 6
Agora, substituímos todos os valores na equação da taxa de perda de massa para encontrar
:
Resposta
O coeficiente de transferência de massa por convecção é aproximadamente
.