20.24 Vapor saturado, a 0,1 bar, condensa na superfície externa de um tubo de cobre, que tem diâmetros interno e externo de
e 19 mm , respectivamente. Os coeficientes de transferência de calor nas superfícies interna (água) e externa (vapor) são
, respectivamente.
Quando a temperatura média da água for 28 K , estime a taxa de vapor que condensa por metro de comprimento de tubo. O calor latente de condensação do vapor pode ser adotado como
.
Quando a temperatura média da água for 28 K , estime a taxa de vapor que condensa por metro de comprimento de tubo. O calor latente de condensação do vapor pode ser adotado como
Passo 1
O enunciado trata de vapor saturado, a
bar, que condensa na superfície externa de um tubo de cobre (diâmetros interno
mm e externo
mm). Dentro do tubo circula água com coeficiente convectivo interno
,W/
·K e na superfície externa o coeficiente convectivo do vapor é
,W/
·K. A água tem temperatura média
C. O objetivo é estimar, por metro de tubo, a vazão mássica de vapor que condensa, sabendo que o calor latente é
kJ/kg. Vamos usar o balanço de energia:
Passo 2
Determinar a temperatura de saturação do vapor a
bar e a diferença de temperatura disponível para conduzir o calor.
A bar o vapor d’água tem temperatura de saturação aproximada
A
Logo, a diferença de temperatura entre a superfície externa (onde condensa) e a água é
Passo 3
Calcular as áreas de troca e as resistências térmicas. Adotamos comprimento
m e condutividade do cobre
,W/
.
Área interna
Área interna
Área externa
Resistência convectiva interna
Resistência de condução através da parede
Resistência convectiva externa
Passo 4
Somar as resistências para obter
e calcular a taxa de calor por metro de tubo:
Então
Passo 5
Converter a potência térmica em vazão mássica de condensação usando o calor latente:
Resposta
A vazão mássica de vapor condensado por metro de comprimento do tubo é aproximadamente