Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 75
75. Uma seção de condensação–ebulição contém uma placa de cobre, com dimensões de 2 m × 2 m, que opera a uma temperatura uniforme de Ts = 100°C e separa vapor de água saturado, em condensação, de um líquido saturado X, em ebulição nucleada em piscina. Uma porção da curva de ebulição do líquido X é mostrada na figura. Tanto vapor de água saturado quanto líquido saturado de X são alimentados no sistema, enquanto a água condensada e o vapor X são removidos do sistema, por meios não mostrados no esboço. A uma pressão de 1 bar, o fluido X tem uma temperatura de saturação e um calor latente de vaporização de Tsat = 80°C
e hfg = 700.000 J/kg, respectivamente.
(a) Estime as taxas de evaporação e de condensação (kg/s) nos dois fluidos.
(b) Determine a temperatura de saturação Tsat e a pressão p no vapor de água, admitindo que ocorra condensação em filme.
Passo 1
Letra (a)
O excesso de temperatura é expresso como
Nesse sentido, temos
Para uma temperatura excessiva de , temos a partir da curva de ebulição fornecida o fluxo de calor como
A taxa de transferência de calor pode ser expressa em termos da taxa de evaporação do fluido X como
Nesse sentido, temos
Portanto, a taxa de evaporação do fluido X é
A taxa de transferência de calor pode ser expressa em termos da taxa de condensação do vapor, conforme
Para água saturada :
Ao substituir os valores dos parâmetros em ,temos
Portanto, a taxa de condensação do vapor é
Passo 2
Letra (b)
A taxa de fluxo de calor da condensação pode ser expressa como
O coeficiente médio de transferência de calor para condensação de filme laminar em uma placa vertical é expresso como
Onde, o calor latente corrigido pode ser expresso como
Ao substituir os valores dos parâmetros na relação acima, temos
A substituição dos valores dos parâmetros produz o coeficiente de transferência de calor como
Por substituição , e temperaturas de funcionamento em (4), temos
A pressão de saturação para água nesta temperatura é .
Portanto, a temperatura e a pressão de saturação do vapor são e.