Banhos de água quente com a superfície aberta são comumente usados em instalações de produção, por várias razões. Em uma fábrica de tintas de spray, as latas pressurizadas de tinta são testadas em relação à temperatura sendo submersas em água quente a
em um banho retangular de 40 cm de profundidade, no qual são mantidas até que sejam aquecidas a
, para assegurar que podem resistir a temperaturas até de
durante o transporte e o armazenamento. O banho de água tem 1 m de largura e
de comprimento, e sua superfície superior está aberta para o ar ambiente para facilitar a observação pelos trabalhadores. Considerando que as condições médias da planta são
e
de umidade relativa, determine a taxa de perda de calor a partir da superfície superior do banho de água por evaporação. Considere que a água é bem agitada e mantida a uma temperatura uniforme de
durante o tempo todo por um aquecedor e tome a temperatura média dos arredores como sendo em torno de
.
Passo 1
O enunciado trata da taxa de perda de calor por evaporação na superfície aberta de um banho de água mantido a
. O conteúdo é transferência de massa convectiva aplicada à evaporação de água, usando o modelo de filme:
e depois
.
Para resolver precisamos de:
– pressão de saturação da água a ,
– pressão de vapor no ar ambiente (usando UR),
– densidades de vapor via equação dos gases ideais,
– coeficiente de convecção de massa (obtido por analogia com convecção de calor natural),
– calor latente de vaporização .
Para resolver precisamos de:
– pressão de saturação da água a
– pressão de vapor no ar ambiente (usando UR),
– densidades de vapor via equação dos gases ideais,
– coeficiente de convecção de massa
– calor latente de vaporização
Passo 2
Determinar as pressões de vapor:
– (tabela),
– para o ar ambiente a ,
–
– para o ar ambiente a
Passo 3
Converter em densidades de vapor usando a lei dos gases ideais
Para a superfície em
(
):
Para o ar à
(
):
Passo 4
Estimar o coeficiente de transferência de massa
.
Para convecção natural sobre superfície horizontal quente, tomamos um valor típico de coeficiente de transferência de calor
Para convecção natural sobre superfície horizontal quente, tomamos um valor típico de coeficiente de transferência de calor
Pela analogia de Lewis para ar seco,
com
e
.
Logo
Logo
Passo 5
Calcular o fluxo evaporativo por unidade de área:
A área da superfície é
portanto a massa evaporada por segundo é
Passo 6
Determinar a potência de evaporação usando o calor latente em
:
Então
Resposta
A taxa de perda de calor por evaporação na superfície superior do banho é de aproximadamente
.