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.
(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
.