100 - A temperatura de ebulição do nitrogênio à pressão atmosférica ao nível do mar (pressão de ) é de. Portanto, o nitrogênio é comumente usado em estudos científicos de baixa temperatura, uma vez que a temperatura do nitrogênio líquido em um tanque aberto para a atmosfera permanecerá constante a até que se esgote. Qualquer transferência de calor para o tanque resultará na evaporação de um pouco de nitrogênio líquido, que possui um calor de vaporização de e uma densidade de  a .

Considere um tanque esférico de de diâmetro que é inicialmente preenchido com nitrogênio líquido a e . O tanque é exposto a de ar ambiente com ventos de . A temperatura do tanque esférico de casca fina é quase igual à temperatura do nitrogênio no interior. Desprezando qualquer permuta de calor de radiação, determinar a taxa de evaporação do azoto líquido no recipiente como um resultado de transferência de calor a partir do ar ambiente, se o tanque (a) não é isolado, (b) é isolado com fibra de vidro de de espessura e (c) isolado com super-isolamento de de espessura que possui uma condutividade térmica efetiva de .

Portanto, temos as seguintes propriedades do ar para a pressão de e .

Condutividade térmica é:

Viscosidade cinemática é:

A viscosidade dinâmica é:

O número Prandtl é:

O número de Reynolds para o fluxo é determinado como:

Como trata-se de um fluxo turbulento e laminar, combinados.

Portanto, o número de Nusselt é determinado a partir da relação dada por:

O coeficiente de transferência de calor por convecção é determinado a partir da equação dada por:

Reescreva para achar :

Temos que a taxa de transferência de calor será:

A taxa de evaporação do nitrogênio líquido é determinada como:

Portanto, a taxa de evaporação do nitrogênio líquido quando não está isolado é .

b)

O tanque esférico é isolado com isolamento de fibra de vidro de de espessura

Então o diâmetro externo da esfera é:

Como o isolamento é fornecido na superfície externa, a temperatura da superfície da esfera muda, levando, portanto, o valor da viscosidade dinâmica,

O número de Reynolds para o fluxo é determinado como:

Como trata-se de um fluxo turbulento e laminar, combinados.

Portanto, o número de Nusselt é determinado a partir da relação dada por:

O coeficiente de transferência de calor por convecção é determinado a partir da equação dada por:

Reescreva para achar :

Temos que a taxa de transferência de calor será:

A taxa de evaporação do nitrogênio líquido é determinada como:

Portanto, a taxa de evaporação do nitrogênio quando isolado com fibra de vidro é .

c)

O tanque esférico é isolado com super isolante de de espessura

Tomando o valor da viscosidade dinâmica no novo valor da temperatura da superfície .

O tanque esférico é isolado com isolamento de fibra de vidro de de espessura

Então o diâmetro externo da esfera é:

O número de Reynolds para o fluxo é determinado como:

Como trata-se de um fluxo turbulento e laminar, combinados.

Portanto, o número de Nusselt é determinado a partir da relação dada por:

O coeficiente de transferência de calor por convecção é determinado a partir da equação dada por:

Reescreva para achar :

Área de superfície é:

Temos que a taxa de transferência de calor será:

A taxa de evaporação do nitrogênio líquido é determinada como:

A taxa de evaporação do nitrogênio líquido quando a esfera é isolada com super isolamento é .