Enunciado

Uma toalha molhada está pendurada em uma corda de roupas sob condições nas quais uma superfície recebe irradiação solar de GS = 900 W/m2 e as duas superfícies estão expostas à radiação da atmosfera (céu) e do solo de Gatm = 200 W/m2 e Gsolo = 250 W/m2 , respectivamente. Sob condições de vento moderado, o escoamento do ar, a uma temperatura de 27°C e a uma umidade relativa de 60%, mantém um coeficiente de transferência de calor por convecção de 20 W/(m2 · K) em ambas as superfícies da toalha. A toalha molhada tem uma emissividade de 0,96 e uma absortividade solar de 0,65. Como uma primeira aproximação, as propriedades do ar atmosférico podem ser calculadas a uma temperatura de 300 K.

Determine a temperatura Ts da toalha. Qual é a taxa de evaporação correspondente para uma toalha que tem 0,75 m de largura e 1,5 m de comprimento?

Passo 1

Fala aí! Partiu resolver essa questão aí! Precisamos dizer duas coisas, a temperatura superficial da toalha e a taxa de evaporação… Beleza! Mas antes de ir para as contas, precisaremos de alguns dados adicionais, que podemos pegar no apêndice do livro, tabela A-4, com T ≈ 300   K :

ρ = 1,16   k g / m ³ c p = 1007   J / k g . K α = 0,225   .   10 - 4   m ² / s

Na tabela A-6, para o vapor d’água, com T ∞ = 300   K :

ρ A ,   s a t = 0,0256   k g / m ³

E na tabela A-8, para o vapor d’água, com T = 298   K :

D A B ≈ 0,26   .   10 - 4   m ² / s

Passo 2

Agora partiu continhas, ok?

Primeiro vamos começar usando o nosso balanço de energia:

α S   .   G S + 2   .   α c é u   .   G a t m + 2   .   α g   .   G g = 2   .   E + 2   .   q e v a p " + 2   .   q c o n v "

α S   .   G S + 2   .   α c é u   .   G a t m + 2   .   α g   .   G g =   2   .   ε   .   σ   .   T s 4 +   2   .   n A "   .   h f g + 2   .   h   .   T s - T ∞

Sendo esse n A " , o seguinte:

n A " = h m   .   ρ A ,   s a t T s - φ ∞   .   ρ A ,   s a t T ∞

Precisamos encontrar o h m , usando a equação 6.60, com n = 1 3 , vamos ter:

h m = h ρ   .   c p   .   L e 1 - n

h m = h ρ   .   c p   .   α D A B 1 - 1 / 3

h m = 20 1,16   .   1007   .   0,225   .   10 - 4 0,260   .   10 - 4 2 / 3

h m = 0,0189   m / s

Show! Vamos ficar com:

n A " = 0,0189   .   ρ A ,   s a t T s - 0   .   0,0256

n A " = 0,0189   .   ρ A ,   s a t T s

Passo 3

Agora substituindo na nossa equação principal e colocando nela todos os valores que temos, ficamos com:

0,65.900 + 2.0,96.200 + 2.0,96.250 = 2.0,96.5,67 . 10 - 8 . T s 4 + 2 . 0,0189   .   ρ A ,   s a t T s . h f g + 2.20 . T s - 300

1449 = 5,10 . 10 - 8 . T s 4 + 20 . T s - 303 + 2.0,0189.0,0189   .   ρ A ,   s a t T s . h f g

Nessa parte aqui vamos precisar fazer uma coisa chatinha… Mas não é difícil, relaxa!

Precisaremos chutar valores para T s , com esse valor vamos na tabela A-6, do apêndice e encontraremos ρ A ,   s a t T s e h f g , depois colocamos na equação e vemos se um lado dá o mesmo resultado do outro lado, ok?

Quando isso acontecer, vamos saber o nosso valor da temperatura superficial… Assumindo que nossa temperatura será T s ≈ 298   K , vamos ter:

ρ A ,   s a t T s = 0,0226   k g / m ³ h f g = 2,442   .   10 6   J / k g

Testando na nossa equação teremos:

1449 = 5,10 . 10 - 8 . T s 4 + 20 . T s - 303 + 2.0,0189.0,0189 . 0,0226.2,442 . 10 6

1449 ≈ 1453

Opa! Como o valor deu bem próximo podemos considerar que encontramos nossa temperatura sim!!

T s ≈ 298   K

Passo 4

Agora para encontrar a taxa de evaporação faremos:

n A = 2   .   A s   .   n A "

n A = 2   .   1,50   .   0,75   .   0,0189   .   0,0226 - 0   .   0,0256

n A = 3,11   .   10 - 4   k g / s . m ²

Uhull! Conseguimos!

Resposta

T s ≈ 298   K n A = 3,11   .   10 - 4   k g / s . m ²

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