(Para todas as questões, as hipóteses adotadas devem ser mencionadas)
Em um ambiente úmido, a evaporação da água ocorre devido à transferência simultânea de calor e massa. Explique como o aumento da temperatura e da velocidade do ar influenciam esse processo.

Passo 1

Beleza, aqui o enunciado diz que num ambiente úmido a água evapora por transferência simultânea de calor e massa. A gente vai falar de conceitos de transferência de calor convectivo e transferência de massa convectiva (ou difusão). Para resolver, precisamos:
  1. Entender que a evaporação exige calor latente.
  2. Relacionar fluxo de massa de vapor ao coeficiente convectivo de massa e ao gradiente de concentração.
  3. Relacionar fluxo de calor ao coeficiente convectivo de calor e ao gradiente de temperatura.
    Hipóteses que vamos assumir: escoamento estacionário, pressão atmosférica constante, superfície plana de água, ar bem misturado (umidade e temperatura uniformes longe da superfície), negligenciamos radiação.

Passo 2

Teoria de transferência de massa convectiva
A massa de vapor que sai da superfície por unidade de área e tempo é dada por
dot m'' = kc,l(rhov,sat - rhov,inftyr)
onde
  • é o coeficiente de transferência de massa (kg / m² s),
  • é a densidade de vapor na superfície (saturada a ),
  • é a densidade de vapor no ar distante.
    Quanto maior , maior o fluxo de massa.

Passo 3

Teoria de transferência de calor convectiva
Para evaporar, a água precisa receber calor latente q'' = h,l(Tinfty - Tsr) . O fluxo de calor convectivo da vizinhança do ar até a superfície é
q'' = dot m'' ,Lv
onde
  • é o coeficiente de transferência de calor convectivo (W / m² K),
  • é a temperatura da superfície da água,
  • é a temperatura do ar longe da superfície.
    Esse calor vai para fornecer a energia necessária à mudança de fase:

Passo 4

Influência da temperatura
  1. Quando você aumenta , a pressão de vapor de saturação cresce (Lei de Clausius–Clapeyron), logo aumenta e o gradiente fica maior.
  2. Ao mesmo tempo, diminui ou muda de sinal, mas o efeito dominante na evaporação é o aumento de .
    Conclusão: mais temperatura → mais gradiente de vapor → maior.

Passo 5

Influência da velocidade do ar
  1. Aumentar a velocidade do ar quebra a camada limite na superfície, reduzindo a espessura da camada em que ocorrem difusão e condução.
  2. Isso faz crescer e . Em geral, e são funções da velocidade via números de Nusselt e Sherwood (ex.: ).
  3. Logo, e sobem – a troca de massa e de calor fica muito mais eficiente.

Resposta

Resumindo de forma simples:
  1. Subindo a temperatura da água, você eleva a pressão de vapor de saturação, aumentanto o “empurrão” para o vapor sair (maior gradiente de concentração).
  2. Subindo a velocidade do ar, você destrói a camada-limite, elevando os coeficientes convectivos de calor ( ) e de massa ( ), o que acelera tanto o fornecimento de calor latente quanto a remoção de vapor.
    O resultado prático é que tanto mais quente quanto mais rápido o ar, mais intensa fica a evaporação.

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