Enunciado

70. Considere o Problema 10.44. Em um esforço para aumentar a taxa de condensação, um engenheiro propõe colocar um revestimento de Teflon, com L = 100 μm de espessura, sobre a superfície exterior do tubo de latão para promover a condensação em gotas. Estime o novo coeficiente de transferência de calor por condensação e a nova taxa de condensação de

vapor por unidade de comprimento do tubo após a aplicação do revestimento. Comente sobre o efeito do procedimento proposto na taxa de condensação (a taxa de condensação por unidade de comprimento no Problema 10.44 é de aproximadamente 1 × 10–3 kg/s).

Passo 1

O que devemos fazer nesta questão é praticamente o mesmo que fazemos em todas as outras ao longo do capítulo – calcular a taxa de transferência de calor e a de condensação utilizando as formulas e correlações adequadas a cada situação proposta pelo exercício.

Calcule a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento pela seguinte fórmula:

q ' = U P T s a t - T m

Com resistência para o tubo de latão e o Teflon, o coeficiente geral de transferência de calor e o produto do perímetro podem ser calculados pela seguinte fórmula:

U P = 1 h 0 π D 0 + 2 L + ln ⁡ D 0 + 2 L D 0 2 π k t + ln ⁡ D 0 D i   2 π k b + 1 h i π D i - 1

Calcule o coeficiente de transferência de calor externo usando a seguinte fórmula:

h 0 = h - d c = 51,104 + 2044 T s a t ( ° c )

= 51,104 + 2044 ( 45,9 )

= 144,900   W m 2 . K

Assim, o novo coeficiente de convecção de condensação é  144,900   W m 2 . K .

Substituindo todos os valores na equação de UP, vem que:

U P = 114 W m . K

Passo 2

A taxa de transferência de calor por unidade de comprimento pode ser calculada pela seguinte fórmula:

q ' = U P T s a t - T m

Com resistência para o tubo de latão e o Teflon, o coeficiente geral de transferência de calor e o produto do perímetro podem ser calculados pela seguinte fórmula:

U P = 1 h 0 π D 0 + 2 L + ln ⁡ D 0 + 2 L D 0 2 π k t + ln ⁡ D 0 D i   2 π k b + 1 h i π D i - 1

O coeficiente de transferência de calor externo poderá ser obtido usando a seguinte fórmula:

h 0 = h - d c = 51,104 + 2044 T s a t ( ° c )

= 51,104 + 2044 ( 45,9 )

= 144,900   W m 2 . K

Assim, o novo coeficiente de convecção de condensação é  144,900   W m 2 . K .

Substituindo todos os valores na equação de UP, vem que:

U P = 114 W m . K

Para calcular a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento basta fazermos:

q ' = U P T s a t - T m

= 114 W m . K 318,9 - 303 K

= 1812,6 W m

A taxa de condensação por unidade de comprimento será dada por aquela ‘’equaçãozinha clássica’’ utilizada ao longo do capítulo:

m ˙ c o n d ' = q ' h f g '

= 1812,6 W m 2393 × 10 3 J k g

= 7,56 × 10 - 4   k g s . m

Assim, a taxa de condensação por unidade de comprimento é  7,56 × 10 - 4   k g s . m .

Resposta

h 0 = 144,900   W m 2 . K

m ˙ c o n d ' = 7,56 × 10 - 4   k g s . m

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