Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 73
73. Um termossifão é formado por um recipiente fechado que absorve calor ao longo de sua seção de ebulição e rejeita calor ao longo de sua seção de condensação. Considere um termossifão formado por um cilindro de aço inoxidável, polido mecanicamente, que tem paredes finas e um diâmetro D. O calor fornecido ao termossifão ferve água saturada à pressão atmosférica sobre as superfícies da seção de ebulição (região inferior), que tem comprimento Le. O calor é então rejeitado na condensação do vapor, formando um fino filme que desce por gravidade ao longo da parede da seção de condensação, com comprimento Lc, retornando para a seção de ebulição. As duas seções são separadas por uma seção termicamente isolada, que tem comprimento Li. A superfície superior da seção de condensação pode ser tratada como estando termicamente isolada. As dimensões do termossifão são: D = 20 mm, Le = 20 mm, Lc = 40 mm e Li = 40 mm.
(a) Determine a temperatura média da superfície de ebulição, Ts,e, se o fluxo térmico na ebulição nucleada deve ser mantido a 30% do fluxo térmico crítico.
(b) Determine a taxa de condensação total, , e a temperatura média da superfície da seção de condensação, Ts,c.
Passo 1
Letra (a)
Para a ebulição de um nucleado, o fluxo de calor crítico é dado pela relação:
Para chapas horizontais longas, a constante é 0,149
Substituindo os valores na equação para o calculo do fluxo máximo de calor vem que:
O fluxo de calor para a seção de ebulição é 30% do fluxo crítico de calor,
Usando a correlação de Rohsenow para a ebulição de nucleados com temperatura saturada , calcule a temperatura média da superfície da superfície de ebulição em
Na Tabela 10.1, para esta combinação de superfície de cobre líquido, leia .
Substituindo todos os valores e rearranjando a equação acima obtemos :
Portanto, a temperatura média da superfície é .
Passo 2
O calor transferido para a seção de ebulição deve ser rejeitado por condensação de filme, usando a seguinte relação:
O número de Reynolds é
Suponha .
Assim, o fluxo é laminar ondulado.
O coeficiente médio de transferência de calor é dado por:
A temperatura média da superfície da seção de condensado é obtida por:
Portanto, a temperatura média da superfície da seção de condensado é
O calor latente corrigido pode ser expresso como
Ao substituir os valores dos parâmetros na relação acima, temos
A vazão total da condensação é obtidia com a equação famosa usado neste capítulo:
Portanto, a vazão total da condensação é