Um tanque de base circular produz de vapor operando no regime de ebulição nucleada a uma temperatura de saturação de . Determine:
(a) Taxa de transferência de calor.

Passo 1

Vamos entender o que o enunciado está nos dizendo. Temos um tanque com base circular de diâmetro que produz vapor a uma taxa de . Esse processo ocorre no regime de ebulição nucleada, ou seja, a mistura está fervendo de maneira intensa, a uma temperatura de saturação de . Nosso objetivo aqui é determinar a taxa de transferência de calor nesse sistema.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de termografia, especificamente a relação entre a massa de vapor, a entalpia de vaporização e a taxa de transferência de calor. Além disso, vamos converter as unidades de tempo para trabalhar em segundos, o que facilita os cálculos.

Passo 2

Primeiro, vamos converter a taxa de produção de vapor de para unidades de segundos, já que a taxa de transferência de calor é geralmente expressa em watts ( ), que são equivalentes a joules por segundo ( ).
Sabemos que:
Então, a taxa de massa em será:

Passo 3

Agora, precisamos relacionar essa taxa de massa com a taxa de transferência de calor. A fórmula que usamos nesse contexto é:
Onde:
  • é a taxa de transferência de calor (em ),
  • é a taxa de massa de vapor (em ),
  • é o calor latente de vaporização da água na temperatura dada (em ).

Passo 4

Precisamos encontrar o valor de para água a . Esse valor é geralmente encontrado em tabelas de propriedades da água. Supondo que a entalpia de vaporização da água a seja aproximadamente (esse valor pode variar ligeiramente dependendo da tabela utilizada).
Convertendo para :

Passo 5

Agora, substituímos os valores na fórmula da taxa de transferência de calor:
Ou seja:

Resposta

A taxa de transferência de calor é aproximadamente .

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