Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 14.Problemas - Ex. 158
Metanol líquido é derramado acidentalmente na bancada de de um laboratório, cobrindo toda a superfície da bancada. O ventilador proporciona fluxo de ar paralelo a sobre a superfície da bancada. O ar é mantido a e , e a concentração de metanol na interface ar-metanol tem pressão de e temperatura de , determine a taxa de evaporação de metanol em uma base molar.
Passo 1
Dados fornecidos:
Comprimento da bancada:
Área da bancada:
Velocidade do fluxo de ar:
Temperatura do ar:
Pressão ambiente:
Pressão de vapor do metanol:
Premissas:
1) A analogia entre transferência de calor e massa é aplicável.
2) O número crítico de Reynolds para o fluxo sobre uma placa plana é .
3) O vapor de metanol é um gás ideal.
Propriedades:
Pela Tabela A-15
Viscosidade cinemática do ar a e :
Pela Tabela 14-3
Coeficiente de difusão do vapor de metanol no ar a :
Passo 2
Fala Galera!!
Podemos começar resolvendo essa questão calculando o número de Reynolds do fluxo na bancada. Assim temos:
Aqui é a velocidade do fluxo e é o comprimento da bancada. Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Como o número de Reynolds calculado é maior que , temos que o fluxo é turbulento.
Passo 3
Agora, vamos calcular o número de Schmidt para o fluxo turbulento. Podemos usar a seguinte relação:
Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Portanto, o número de Sherwood, neste caso, é determinado na Tabela 14-13. Para convecção de massa forçada sobre uma placa plana em um fluxo turbulento o número de Sherwood è dado pela seguinte relação:
Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Passo 4
Usando a definição do número de Sherwood, podemos calcular o coeficiente de transferência de massa a partir da seguinte relação:
Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Passo 5
Podemos calcular a concentração de vapor de metanol na interface ar-metanol usando a seguinte ralação:
Aqui, é a pressão do vapor de metanol e é constante dos gases ideais. Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Passo 6
Com os dados obtidos, vamos calcular a taxa de evaporação do metanol em base molar. Assim temos:
Aqui, é a área da superfície da bancada e é a concentração do vapor de metanol no final da bancada . Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Portanto, a taxa de evaporação do metanol na base molar é .
Passo 7
Vamos agora calcular a massa molar de metanol. Assim temos:
Aqui, é a massa molecular do carbono, é a massa molecular do hidrogênio e é a massa molecular do oxigênio.
Agora, vamos calcular a taxa de evaporação do metanol em massa usando a seguinte relação:
Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Portanto, a taxa de evaporação do metanol em massa é .