Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 147
147 - A evaporação de gotículas de combustíveis líquidos é frequentemente estudada em laboratório usando-se a técnica da esfera porosa, na qual o combustível é alimentado a uma taxa que é suficiente apenas para manter a superfície da esfera completamente molhada. Considere o uso de querosene a com uma esfera porosa de de diâmetro. Nessa temperatura, a massa específica do vapor saturado de querosene é de e o seu calor latente de vaporização igual a . A difusividade mássica para a mistura vapor-ar é de . Se o ar atmosférico seco escoa sobre a esfera com e , qual é a vazão mássica mínima de querosene que deve ser alimentada para manter a superfície molhada? Para essa condição, de quanto a temperatura deve de fato exceder a temperatura para manter a superfície molhada da esfera a ?
Passo 1
Calcule a taxa de massa mínima de querosene para manter uma superfície molhada.
Aqui, é a taxa de perda de água devido à evaporação da superfície, é o coeficiente de transferência de massa, é a área da superfície, é a densidade saturada e é a densidade ambiente.
Escreva a relação para calcular o coeficiente de transferência de massa usando a relação.
Aqui, é o diâmetro da esfera, é o número de Sherwood e é a viscosidade cinemática do ar úmido.
Passo 2
Na Tabela A.4 (Propriedades termo físicas dos gases à pressão atmosférica), a temperatura de .
A densidade é,
A condutividade térmica do ar é,
A viscosidade cinemática do ar é,
O número da schimida é,
O número de Prantdl é,
A entalpia específica do calor latente é,
A difusividade é,
Passo 3
Calcule o número de Reynolds usando a seguinte fórmula:
Aqui é a velocidade do ar, é o diâmetro, é a viscosidade cinemática do ar.
Passo 4
Agora precisamos obter o número Sherwood.
Passo 5
Calcular o coeficiente de transferência de massa.
Passo 6
Calcular a área da superfície.
Voltando a equação (1):
Portanto, a taxa de evaporação é .
Passo 7
Escreva a equação do balanço energético.
Aqui é o coeficiente de transferência de calor.
Escreva a equação numérica de Nusslet com base no número de Reynold.
Passo 8
Escreva a equação generalizada do número de Nusslet.
Voltando na equação do balanço energético, temos:
Passo 9
Calcule a temperatura ambiente excedida.
Aqui é a mudança de temperatura.
Portanto, a temperatura ambiente excedida para manter a superfície molhada é .