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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 169

Vapor de água a 40ºC se condensa no exterior de um tubo de cobre horizontal fino com 5m de comprimento e 3 cm de diametro; para isso utiliza-se água de resfriamento que entra no tubo a 25ºC com velocidade média de 2m/s, saindo à 35ºC. Determine a taxa de condensação do vapor.

Passo 1

Vamos assumir que :

Existem condições operacionais estáveis.

A água é uma substância incompressível com propriedades constantes à temperatura ambiente.

As mudanças nas energias cinética e potencial são insignificantes.

Sabemos que as propriedades da água à temperatura ambiente ρ = 997   k g / m 3   e   c p = 4.18   k J / k g . º C . A entalpia de vaporização da água a 40 ° C é h f g = 2406.0   k J / k g .

Passo 2

A taxa de fluxo de massa da água através do tubo é:

m ˙ á g u a = ρ V A c = 1.409   k g / s

Tomando o volume ocupado pela água fria no tubo como sistema, que é um volume de controle de fluxo constante, o balanço energético desse sistema de fluxo constante pode ser expresso na forma de taxa como:

E ˙ e n t - E ˙ s a í d a = Δ E ˙ s i s t e m a = 0

E ˙ e n t = E ˙ s a í d a

m ˙ h 1 + Q ˙ e n t = m ˙ h 2   (   j á   q u e   Δ k e = Δ p e = 0 )

Q ˙ e n t = Q ˙ á g u a = m ˙ á g u a c p ( T 2 - T 1 )

Então a taxa de transferência de calor para a água e a taxa de condensação se tornam:

Q ˙ = m ˙ c p ( T s a í d a - T e n t ) = 58.9   k W

Q ˙ = m ˙ c o n d h f g → m ˙ c o n d = Q ˙ h f g = 0.0245   k g / s

Resposta

Q ˙ h f g = 0.0245   k g / s

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