Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 1.Problemas - Ex. 77
77 - A temperatura de ebulição do nitrogênio em pressão atmosférica ao nível do mar é . Por isso, o nitrogênio é comumente usado em estudos científicos de baixa temperatura, já que a temperatura do nitrogênio líquido em um tanque aberto para a atmosfera permanece constante a até que o nitrogênio líquido no tanque se esgote. Qualquer transferência de calor para o tanque resultará na evaporação de nitrogênio líquido, que tem um calor de vaporização de e densidade de a .
Considere um tanque esférico de de diâmetro, inicialmente cheio de nitrogênio líquido a e. O tanque é exposto ao ar ambiente a com um coeficiente de transferência de calor de. A temperatura do tanque esférico de casca fina é quase igual à temperatura do nitrogênio no interior. Desconsiderando qualquer troca de calor por radiação, determine a taxa de evaporação do nitrogênio líquido no tanque como resultado da transferência de calor do ar ambiente.
Passo 1
Precisamos calcular a área de transferência de calor para achar a taxa de transferência de calor. Dessa forma, usando a seguinte relação:
Passo 2
Agora podemos calcular a taxa de transferência de calor ou a taxa de evaporação do líquido da seguinte maneira:
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Passo 3
Agora que temos a taxa de transferência de calor, podemos achar a taxa de evaporação do nitrogênio líquido por meio da seguinte relação:
Aqui, é a vazão mássica ou taxa de evaporação nesse caso.
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Portanto, a taxa de evaporação do nitrogênio líquido é .
Resposta
Portanto, a taxa de evaporação do nitrogênio líquido é .