Escola Superior de Tecnologia EST Universidade do Estado do Amazonas DISCIPLINA: Transferncia de Calor Coordenao/curso: Tecnologia Mecnica.

Escola Superior de Tecnologia ESTUniversidade do Estado do AmazonasTransferncia de Calor por ebulio e condensao Coordenao/curso: Tecnologia em Manuteno Mecnica.Professor: Dr.C. Leonardo Aguiar Trujillo

Escola Superior de Tecnologia ESTPlano de EnsinoTransferncia de calor por ebulio e condensao Objetivo: Determinar a transferncia de calor por conveco em ebulio interior e condensao.Processos com mudana de fase:Fuso: mudana do estado Slido Lquido (S L).Solidificao: mudana do estado Lquido Slido (L S).Sublimao: mudana do estado Slido Vapor (L V).Dessublimao: mudana do estado Vapor Slido (V L).Vaporizao: mudana do estado Lquido Vapor (L V)Evaporao: mudana atravs de uma interface L-V quando a presso do vapor for menor do que a presso de saturao na temperatura do lquido (ex. evaporao da gua em um lago). No tem formao de bolhas.Ebulio: Mudana no contato do lquido com uma superfcie slida superaquecida (interface L-S) onde Ts > Tsat.Liq. H gerao de novas interfaces L-V por meio de nucleao, ou seja, bolhas de vapor.Condensao: mudana do estado Vapor -LquidoProcessos com mudana de fase: Ebulio Onde:h coeficiente de transferncia de calor por ebulio (W/m2C).Ts temperatura da superfcie slida (C)Tsat temperatura de saturao do lquido (C)Processos com mudana de fase: Ebulio Modos de ebulio:Na ebulio em piscina: o lquido encontra-se quieto e o movimento prximo superfcie slida devido conveco natural e mistura induzida pelo surgimento e movimentao das bolhas de vapor.Na ebulio com conveco forada: ou ebulio de fluxo, o lquido forado a deslocar-se num tubo ou sobre uma superfcie slida por meios externos, tal como uma bomba.

Processos com mudana de fase: Ebulio Modos de ebulio:Na ebulio sub-resfriada: a temperatura do lquido encontra-se abaixo da temperatura de saturao e as bolhas formadas na superfcie slida podem se condensar no lquido.Na ebulio saturada: a temperatura do lquido excede ligeiramente a temperatura de saturao. As bolhas formadas so ento impelidas atravs do lquido pelas foras de empuxo, terminando por aflorar superfcie livre.

Processos com mudana de fase: Ebulio A CURVA DE EBULIOA ebulio toma diferentes formas dependendo do excesso de temperatura. Existem quatro diferentes regimes de ebulio:Ebulio com conveco natural (T 5 C)Ebulio nucleada (5 < T < 30C)Ebulio de transio (30 < T < 120 C)Ebulio em pelcula (T > 120 C)

Processos com mudana de fase: Ebulio em piscina Em ebulio em conveco natural aplica-se as mesmas expresses de conveco estudadas.Ebulio nucleadaEbulio em transioEbulio em filme

Obtm expresses para sua determinao

Fluxo mnimoFluxo mximoProcessos com mudana de fase: Ebulio foradaEbulio com conveco forada em escoamento externo.Baixas velocidades e altas velocidades: Ebulio com conveco forada em escoamento interno ou bifsico.Processos com mudana de fase: Condensao A condensao tem lugar sempre que o vapor entre em contacto com uma superfcie que est a uma temperatura Ts < Tsat, quela presso.Pode ocorrer en regime laminar (Re 30) e turbulento (Re > 1800).

A condensao pode classificar-se em:Condensao volumtrica: quando ocorre em toda a massa de vapor (as nuvens do cu).Condensao superficial: quando ocorre sobre una superfcie e mais comum estudar em transferncia de calor.

Processos com mudana de fase: Condensao Condensao:Nmero de Nusselt:

Taxa de condensao:Os valores das propriedades so obtidos a:

Processos com mudana de fase: Condensao A condensao junto a uma superfcie pode ser: em gotas (no molha a superfcie) ou em filme (sim molha a superfcie). A condensao em gotas seria sempre a desejvel (menos resistencia au paso do calor). Mas tal no sempre fcil de obter e de controlar por esso la mais comum la condensao en filme (objetivo de nosso trabalho).

Processos com mudana de fase: Condensao Condensao do filme laminar sobre uma placa e cilindro vertical.Condensao do filme turbulento sobre uma placa e cilindro vertical.Condensao do filme turbulento sobre sistemas radiais (tubo horizontal (mais comum) ou esfera exterior.Condensao do filme turbulento sobre sistemas radiais interior (baia velocidade e alta velocidade do vapor)Processos com mudana de fase: Condensao Condensao do filme turbulento sobre sistemas radiais exterior:Taxa de condensao para o nmero total de tubos :Taxa de condensao num tubo:Exerccio 1:O fundo de uma panela de cobre, com 0,3 m de dimetro, mantido a 118 C por um aquecedor eltrico. gua presso atmosfrica e T = 100 C. Superfcie da base da panela grande e de cobre polido. Considere desprezvel as Perda trmica para a vizinhana. Estime a potncia necessria para ferver gua nessa panela. Qual a taxa de evaporao?. Calcule o fluxo trmico crtico.

Soluo: Exerccio 1Dados:Sustncia de trabalho a guaTs = 118 CTsat = 100 CT = Ts Tsat = 118 100 = 18 CEbulio em piscina e nucleada T = 18 C (5 < T < 30) CD = 0,3 mBase da panela plana e de cobre polidoQ = ? (potncia necessria)Qmax = ? (fluxo trmico crtico)m = ? (taxa de evaporao)Soluo: Exerccio 1Para gua e Tsat =100 C (Tabela A 6 Incropera)

Ir a software de steamtab (f:/leonardo/brasil/maquina termicas I17Soluo: Exerccio 1Em ebulio nucleada:

(potncia necessria)(taxa de evaporao)18Soluo: Exerccio 1Em ebulio nucleada:

(fluxo trmico crtico)Qmax fluxo a partir do qual aparecem as exploses das bolhas da aguaExerccio 2:gua saturada a 1 atm, e a uma velocidade de 2 m/s, escoa sobre um elemento de aquecimento cilndrico com 5 mm de dimetro e 1 m de comprimento. Qual a taxa mxima de aquecimento do cilindro? Dados:Sustncia de trabalho: guaEbulio forada exterior num cilindroPsat = 1 atmV = 2 m/sD = 5 mm = 0,005 mL = 1 mQmax = ? (taxa mxima de aquecimento)Para gua e Psat =1 atm (Tabela A 6 Incropera)

Soluo: Exerccio 2Em ebulio forada exterior:Supondo tratar-se de regio de alta velocidadeO nmero de Weber Testando se a hiptese de regio de alta velocidade verdadeira: 1,61 < 4,51Hiptese confirmadaO regime com alta velocidadeSoluo: Exerccio 2Em ebulio forada exterior:Hiptese confirmada. Ento, a mxima taxa de calor : Exerccio 3:Um condensador de vapor de gua possui uma matriz quadrada composta por 400 tubos de 2 m, cada um com 6 mm de dimetro. Se os tubos esto expostos ao vapor saturado a uma presso de 0,15 bar e a temperatura superficial dos tubos mantida a 25 C, qual a taxa de condensao do vapor dos tubos?

Exerccio 3:Dados:Sustncia de trabalho: guaCondensao em filme exterior na matriz quadradaPsat = 0,15 barTs = 25 CD = 6 mm = 0,006 mNtotal = 400N = 20 (tubos numa fileira)L = 2 mm = ? (taxa de condensao do vapor) Para gua e Psat = 0,15 bar(Tabela A 6 Incropera)

Soluo: Exerccio 3:Para (Tabela A 6 Incropera)

hfg = hfg * (1 + 0,68 Ja) = hfg + 0,68 * cpl * (Tsat Ts) = 2455 kJ/kg Soluo: Exerccio 3:Taxa de condensao do vapor:

(taxa de condensao do vapor) Exerccio 4:A superfcie externa de uma placa vertical, com 1 metro de altura e comprimento 8 m, est exposta a vapor de gua saturado a presso atmosfrica e mantida a 50 C pelo escoamento de gua fria no interior do tubo. Qual a taxa de transferncia de calor para o refrigerante e qual a taxa de condensao do vapor na superfcie?

Exerccio 4:Dados:Sustncia de trabalho: guaCondensao em filme exterior de uma placa verticalPsat = 1 atm 1 barTsat = 100 CTs = 50 CC = 8 mL = 1 mQ = ? (taxa de transferncia de calor)m = ? (taxa de condensao do vapor) Para gua e Psat = 1 bar(Tabela A 6 Incropera)

Soluo: Exerccio 4:Para (Tabela A 6 Incropera)

hfg = hfg * (1 + 0,68 Ja) = hfg + 0,68 * cpl * (Tsat Ts) = 2400 kJ/kg

Soluo: Exerccio 4:Determinando nmero de Reynolds: determinado para cada situao (laminar, com ondulaes ou turbulento e se escolhe o valor onde fique o mesmoFrmula do regime laminarFrmula do regime laminar com ondulaesSoluo: Exerccio 4:Coeficiente de transferncia de calor por condensao em placa vertical

Soluo: Exerccio 4:Taxa de transferncia de calorTaxa de condensao num tubo:Exerccio 5: proposto para entregarDeterminar a taxa de ebulio ou condensao num equipamento industrial