Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 24
Água é fervida a uma pressão de 1 atm em uma panela de aço inoxidável revestida de Teflon®, de 20 cm de diâmetro interno, em um fogão elétrico. Se for observado que o nível de água da panela diminui 10 cm em 15 min, determine a temperatura da superfície interna da panela.
Passo 1
Temos uma panela de aço inox revestida de Teflon®, com 0,2 m. A água ferve a pressão atmosférica, ou seja, 100°C. Além disso, sabemos que a altura de água variou de 0,1 m em 15 min. O exercício pede para obtermos a temperatura da panela.
O que vamos fazer é: calcular o volume de água que evaporou; transformar este volume em massa pela relação ; tendo a massa que evaporou e o tempo, podemos obter a taxa de calor fornecida pela panela a partir da equação ; ao final, vamos igualar essa taxa com a equação de taxa de transferência de calor por ebulição nucleada e, obter a temperatura da superfície. Vamos lá?
Passo 2
Nosso primeiro passo é a determinação do volume de água que evaporou. Imaginando que a panela é um cilindro, podemos calcular o volume de água por:
Vamos transformar este volume em massa de água. A 100°C:
Então:
Nosso próximo passo é determinar a taxa de calor fornecida pela panela. A entalpia de vaporização da água a 100°C é . Portanto:
Passo 3
Em seguida vamos igualar esta taxa com a taxa de transferência de calor por ebulição nucleada, que é dada por:
Mas antes vamos esquematizar as propriedades que vamos utilizar. Para água líquida e vapor em 100°C:
é a tensão superficial entre as fases líquido e vapor. Para água a 100°C 0,0589 N/m; As constantes e dependem do material do aquecedor. Para aço recoberto de Teflon® e 1. Voltando para a equação:
Resposta
A temperatura na superfície interna da panela é .