Enunciado

Ar, a 300 K e a uma vazão de 3 kg/h, passa em sentido ascendente através de um tubo de 30 mm de diâmetro, como mostrado na figura. Uma fina película de água, também a 300 K, escoa lentamente em sentido descendente sobre a superfície interna do tubo. Determine o coeficiente de transferência de massa por convecção nessa situação.

Passo 1

Tá legal! Vamos começar esse exercício pegando a propriedade do ar lá da tabela A.4, na temperatura de 300 K, que vamos utilizar posteriormente, então teremos:

μ = 184,6.10 - 7   N . s / m 2

k = 0,0263   W / m . K

Agora vamos para a tabela A.8 pegar o coeficiente de difusão binária para a combinação ar e água, então, para 300 K, temos:

D A B = 0,26.10 - 4   m 2 / s

No nosso caso temos escoamento laminar e vamos assumir temperatura de superfície constante, além de escoamento totalmente desenvolvido, dessa forma, teríamos um número de Nusselt de:

N u D = 3,66

Dessa forma, sabendo que o número de Nusselt se relaciona com o coeficiente convectivo através de:

N u D = h D k → h D k = 3,66

Passo 2

Então, no caso da transferência de massa por convecção, o número de Sherwood pode ser escrito como:

S h D = h D D A B

Como temos escoamento plenamente desenvolvido, temperatura constante e escoamento laminar, podemos então assumir que o número de Sherwood equivale ao número de Nusselt, de modo que:

S h D = 3,66

Então, substituindo os valores conhecidos na equação de cima, podemos encontrar o valor do coeficiente de transferência de massa por convecção:

3,66 = h 0,03 0,26.10 - 4 → h = 3,17.10 - 3   m / s

Resposta

h = 3,17.10 - 3   m / s

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