Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 13
Um elemento de aquecimento de latão de 65 cm de comprimento e 2 cm de diâmetro está sendo usado para ferver água a 120°C. Se a temperatura da superfície do elemento de aquecimento não exceder 125°C, determine a taxa mais alta de produção de vapor na caldeira, em kg/h.
Passo 1
Sabemos que o elemento de aquecimento tem comprimento 0,65 m e diâmetro 0,02 m. Além disso, é feito de latão. A água tem temperatura 120°C 393 K. A superfície do elemento tem uma temperatura um pouco superior à da água, então vamos considerar que a ebulição ocorre em regime nucleado. O exercício pede para determinar a taxa mais alta de produção de vapor, então o que vamos fazer é: esquematizar as propriedades da água na temperatura de ebulição e, as constantes relacionadas à superfície; calcular a taxa máxima de transferência de calor na ebulição nucleada; igualar esse valor com e, assim determinar a taxa de produção de vapor (). Tudo bem? Vamos lá!!!
Passo 2
Vamos deixar esquematizadas as propriedades da água líquida e vapor a 120°C
Para água a 120°C:
Para o vapor:
A taxa de transferência de calor máxima é dado por:
Já temos quase todos os dados, vamos aos que faltam:
é a tensão superficial entre as fases líquido e vapor. Para água a 120°C 0,0550 N/m;
é uma constante que depende da geometria do material, no nosso caso, vamos considerar que o elemento de aquecimento é um cilindro horizontal. Para determiná-lo precisamos do parâmetro adimensional :
Para , .
Passo 3
Podemos então substituir os valores na equação de taxa máxima:
Por último iremos determinar a taxa máxima de produção de vapor:
Resposta
A taxa máxima de produção de vapor na caldeira é de .