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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 67

67. Vapor de água saturado a 1,5 bar condensa no interior de um tubo horizontal com 75 mm de diâmetro, cuja superfície é mantida a 100°C. Supondo baixas velocidades no escoamento do vapor e um processo de condensação em filme, estime o coeficiente de transferência de calor e a taxa de condensação por unidade de comprimento do tubo.

Passo 1

O que devemos fazer nesta questão é praticamente o mesmo que fazemos em todas as outras ao longo do capítulo – calcular a taxa de transferência de calor e a de condensação utilizando as formulas e correlações adequadas.

Neste caso, antes de começar a fazer os cálculos devemos obter as propriedades em 1,5 bar da tabela A.6, “Propriedades termo-físicas da água saturada”.

Temperatura saturada, T s a t = 385   K

Calor latente de vaporização,  h f g = 2225 k J k g

Densidade de vapor da água,  ρ v = 0,88 k g m 3

Calcule a temperatura média

T - = 385 + 373 K 2

= 379 K

Com essa temperatura é so obtermos as propriedades em 379K da tabela A.6, “Propriedades termo-físicas da água saturada”.

Densidade líquida da água,  ρ l = 953,3 k g m 3

Calor específico da água  c p , l = 4,226 k J k g . K

Coeficiente de viscosidade,  μ l = 260 × 10 6   N . s m 2

A condutividade térmica do fluido é k l = 0,683 W m . K

Passo 2

Só que nesse caso não temos o calor latente modificado de vaporização. Com isso, podemos calcular o calor latente modificado pela seguinte fórmula:

h f g ' = h f g + 0,375 c p , l T s a t - T s

= 2225 + 0,375 × 4,226 J k g . K 385 K - 373 K

= 2224,01 k J k g

Substituindo os valores na equação para o calculo do coeficiente médio vem:

h - D = 0,555 g ρ l ρ l - ρ v k l 3 h ' f g μ l T s a t - T s D 1 4

h - D = 0,555 9,81 × 953,3 953,3 - 0,88 0,683 3 × 2224,01 × 10 3 260 × 10 - 6 385 - 373 0,075 1 4

= 7128,4   W m 2 . K

A taxa de transferência de calor é dada por:

q = h - D A T s a t - T s

Substituia m ˙ c o n d .   h f g ' por q na equação acima:

m ˙ c o n d .   h f g ' = h - D A T s a t - T s

Ao substituir os valores, ficamos com:

m ˙ c o n d = 9,062 × 10 - 3 . L k g s

A taxa de condensação por unidade de comprimento será dada por:

m ˙ c o n d ' = m ˙ c o n d L = 9,062 × 10 - 3 k g s . m

Resposta

h - D = 7128,4   W m 2 . K

m ˙ c o n d ' = 9,062 × 10 - 3 k g s . m

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