6.143 Dióxido de carbono, líquido saturado a 2500 kPa , escoa com vazão de
no interior de um tubo de 10 cm de diâmetro externo. Externa-
mente ao tubo, escoa uma corrente de ar a
com um coeficiente individual de transferência de calor por convecção
. Despreze qualquer diferença de temperatura entre as superfícies interna e externa do tubo e também qualquer resistência à convecção interna e determine o comprimento necessário do tubo para aquecer o dióxido de carbono até a condição de vapor saturado.
mente ao tubo, escoa uma corrente de ar a
Passo 1
O enunciado trata de um escoamento de dióxido de carbono (CO₂) saturado líquido em um tubo, em que ele se transforma em vapor saturado à mesma pressão de 2 500 kPa. Como há troca de calor por convecção externa com coeficiente
,W/m²K e desprezamos toda resistência interna e de parede, vamos calcular:
– A temperatura de saturação do CO₂ a 2 500 kPa (tabela de propriedades).
– A entalpia do líquido saturado e do vapor saturado
a essa pressão (tabela).
– A taxa de calor necessária
– A temperatura de saturação
– A entalpia do líquido saturado
– A taxa de calor necessária
com
,kg/s.
– A área de troca por comprimento :
– A área de troca por comprimento
sendo
,m.
– Finalmente, como a temperatura de superfície é e o ar está a
, usamos
– Finalmente, como a temperatura de superfície é
com
e
. Resolvemos para
.
Passo 2
Pela tabela de saturação do CO₂ a
,kPa, temos aproximadamente
Logo, a entalpia de vaporização é
Passo 3
A taxa de calor necessária para vaporizar completamente a vazão de
,kg/s é
Passo 4
A diferença de temperatura entre a superfície do tubo (que ficará aproximadamente à
) e o ar é
Passo 5
O coeficiente global de transferência de calor é
,W/m²K e a área trocada por comprimento
é
A equação de balanço é
Passo 6
Isolando
,
Resposta
O comprimento necessário do tubo é aproximadamente