Prof. Eduardo Loureiro, DSc. - Apresentaçã .EBULIÇÃO COM CONVECÇÃO FORÇADA Na ebulição com

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  • TRANSMISSO DE CALOR IIProf. Eduardo Loureiro, DSc.

  • EBULIO

    EXEMPLO

    Um elemento aquecedor com revestimento metlico, com 6 mm de dimetro e emissividade = 1,encontra-se imerso em posio horizontal em um banho de gua. A temperatura da superfcie do metal

    de 255oC sob condies de ebulio em regime estacionrio. Estime a dissipao de potncia por

    unidade de comprimento do aquecedor.

    Clculo do excesso de temperatura:

    De acordo com a curva de ebulio, acontece ebulio em filme em piscina quando a transferncia de

    calor por conveco e radiao.

    CTTT osatse 155100255

    ess TDhDqq

    313434 hhhh radconv

    413

    satsvv

    fgvl

    v

    convD

    TTk

    DhgC

    k

    DhuN

    satsvpfgfg TTchh ,8,02

    satsf

    TTT

    sats

    satsrad

    TT

    TTh

    44

    PROF. EDUARDO C. M. LOUREIRO, DSC.

  • EBULIO

    EXEMPLO

    Um elemento aquecedor com revestimento metlico, com 6 mm de dimetro e emissividade = 1,encontra-se imerso em posio horizontal em um banho de gua. A temperatura da superfcie do metal

    de 255oC sob condies de ebulio em regime estacionrio. Estime a dissipao de potncia por

    unidade de comprimento do aquecedor.

    339,957

    10044,1

    11

    mkg

    xvel

    kgkJh fg 2257

    PROF. EDUARDO C. M. LOUREIRO, DSC.

  • EBULIO

    EXEMPLO

    Um elemento aquecedor com revestimento metlico, com 6 mm de dimetro e emissividade = 1,encontra-se imerso em posio horizontal em um banho de gua. A temperatura da superfcie do metal

    de 255oC sob condies de ebulio em regime estacionrio. Estime a dissipao de potncia por

    unidade de comprimento do aquecedor.

    KTT

    T satsf 65,45015,2732

    100255

    2

    mKWkv

    3109,29

    kgKkJc vp 980,1,

    sm261011,31

    34902,0 mkg

    g

    PROF. EDUARDO C. M. LOUREIRO, DSC.

  • EBULIO

    EXEMPLO

    Um elemento aquecedor com revestimento metlico, com 6 mm de dimetro e emissividade = 1,encontra-se imerso em posio horizontal em um banho de gua. A temperatura da superfcie do metal

    de 255oC sob condies de ebulio em regime estacionrio. Estime a dissipao de potncia por

    unidade de comprimento do aquecedor.

    33, 10250215519808,01022578,0 satsvpfgfg TTchh

    Km

    Wh

    TTk

    DhgC

    k

    DhuN

    conv

    satsvv

    fgvl

    v

    convD

    2

    41

    6

    33

    413

    238006,0

    0299,0

    1550299,01011,31

    006,01025024902,09,95781,962,0

    Km

    W

    TT

    TTh

    sats

    satsrad 2

    44844

    3,21373528

    3735281067,5

    PROF. EDUARDO C. M. LOUREIRO, DSC.

  • EBULIO

    EXEMPLO

    Um elemento aquecedor com revestimento metlico, com 6 mm de dimetro e emissividade = 1,encontra-se imerso em posio horizontal em um banho de gua. A temperatura da superfcie do metal

    de 255oC sob condies de ebulio em regime estacionrio. Estime a dissipao de potncia por

    unidade de comprimento do aquecedor.

    Resolvendo no Excel:

    Finalmente:

    313434

    313434

    3,21238 hh

    hhhh radconv

    Km

    Wh

    21,254

    m

    WTDhDqq ess 742155006,01,254

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  • EBULIO

    EBULIO COM CONVECO FORADA

    Na ebulio com conveco forada, alm do movimento causado pelo surgimento de bolhas nasuperfcie aquecida, o escoamento devido a uma movimentao dirigida (ou global) do fluidoproporcionada por um agente (uma bomba, p. ex.).

    As condies dependem fortemente da geometria:

    1. Escoamento externos sobre placas ou cilindros aquecidos;

    2. Escoamento interno (em dutos). Comumente denominado escoamento bifsico, caracterizadopor mudanas rpidas do estado lquido para vapor no sentido do escoamento.

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  • EBULIO

    EBULIO COM CONVECO FORADA EM ESCOAMENTO

    EXTERNO

    Para um lquido com velocidade V em escoamento cruzado sobre um cilindro com dimetro D, foramdesenvolvidas as seguintes expresses para escoamentos com baixas e altas velocidades (aspropriedades so estimadas na temperatura de saturao):

    Baixas velocidades:

    Altas velocidades:

    As regies de alta e baixa velocidade so determinadas em funo do valor do parmetro de fluxotrmico:

    ALTA VELOCIDADE BAIXA VELOCIDADE

    31

    max 411

    Dfgv WeVh

    q

    31

    2143

    max

    2,19169 D

    vlvl

    fgv WeVh

    q

    DVWe vD

    2

    O nmero de Weber a razoentre as foras de inrcia e asforas de tenso superficial:

    1

    275,021

    max

    v

    l

    fgv Vh

    q

    1

    275,021

    max

    v

    l

    fgv Vh

    q

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  • EBULIO

    EXEMPLO

    gua saturada a 1 atm, e a uma velocidade de 2 m/s, escoa sobre um elemento de aquecimentocilndrico com 5 mm de dimetro. Qual a taxa mxima de aquecimento por unidade decomprimento do cilindro?

    339,957

    10044,1

    11

    mkg

    xvel

    35956,0679,1

    11

    mkg

    vvv

    kgkJh fg 2257

    mN3109,58

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  • EBULIO

    EXEMPLO

    gua saturada a 1 atm, e a uma velocidade de 2 m/s, escoa sobre um elemento de aquecimentocilndrico com 5 mm de dimetro. Qual a taxa mxima de aquecimento por unidade decomprimento do cilindro?

    Supondo tratar-se de regio de alta velocidade:

    Testando se a hiptese de regio de alta velocidade verdadeira:

    Hiptese confirmada. Ento, a mxima taxa de calor por unidade de comprimento :

    31

    2143

    max

    2,19169 D

    vlvl

    fgv WeVh

    q

    DVWe vD

    2

    1

    275,021

    max

    v

    l

    fgv Vh

    q

    2

    31

    2

    321433

    max 331,4005,025955,0

    109,58

    5955,0

    9,957

    2,19

    1

    5955,0

    9,957

    169

    121022575955,0

    m

    MWq

    15955,0

    9,957275,0

    21022575955,0

    10331,421

    3

    6

    51,461,1

    m

    kWDqq 68005,010331,4 6maxmax

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  • EBULIO

    EBULIO COM CONVECO FORADA ESCOAMENTO BIFSICO

    A ebulio com conveco forada emescoamento interno est associada formao de bolhas na superfcieinterna de um tubo aquecido atravsdo qual um lquido escoa.

    O crescimento e desprendimento dasbolhas so fortemente influenciadospela velocidade do escoamento e osefeitos fluidodinmicos diferem muitodos presentes na ebulio em piscina.

    O processo acompanhado pelaexistncia de uma variedade depadres de escoamento bifsico.

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  • EBULIO

    EBULIO COM CONVECO FORADA ESCOAMENTO BIFSICO

    A transferncia de calor para o lquidosub-resfriado que entra no tubo inicialmente por conveco foradamonofsica.

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  • EBULIO

    EBULIO COM CONVECO FORADA ESCOAMENTO BIFSICO

    Mais alm no tubo, a temperatura naparede se torna superior temperaturade saturao do lquido e a vaporizaoinicia-se na regio de ebulio comescoamento sub-resfriado.

    Essa regio caracterizada pelapresena de gradientes de temperaturaradiais significativos, com bolhas seformando adjacentes paredeaquecida e lquido sub-resfriadoescoando perto do centro do tubo.

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  • EBULIO

    EBULIO COM CONVECO FORADA ESCOAMENTO BIFSICO

    A espessura da regio das bolhas aumenta aolongo do tubo at que o ncleo do lquidoatinge a temperatura de saturao do fluido.Ento as bolhas podem estar presentes emqualquer posio radial e a frao mxima devapor no fluido mdia no tempo, , maiordo que zero em qualquer posio radial. Issomarca o incio da regio de ebulio comescoamento saturado.

    No interior desta regio, a frao mssica devapor mdia, frequentemente chamada dequalidade do fluido bifsico definida por:

    Devido grande diferena de massasespecficas entre as fases de vapor e delquido, a velocidade mdia do fluido, u,aumenta significativamente.

    X

    m

    XdAxru

    X cA

    c

    ,

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  • EBULIO

    EBULIO COM CONVECO FORADA ESCOAMENTO BIFSICO

    O primeiro estgio da regio de ebulio comescoamento saturado corresponde ao regimede escoamento com bolhas.

    Na medida em que aumenta, bolsasindividuais coalescem formando bolses devapor. Esse regime de escoamento embolses seguido pelo regime deescoamento anular no qual o lquido formaum filme na parede do tubo.

    Esse filme se move ao longo da superfcieinterna do tubo, enquanto o vapor se movecom uma velocidade maior atravs do ncleodo tubo.

    X

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  • EBULIO

    EBULIO COM CONVECO FORADA ESCOAMENTO BIFSICO

    Na sequncia, pontos secos aparecem nasuperfcie interna do tubo e crescem emtamanho no interior de um regime detransio. Finalmente a superfcie inteira dotubo est completamente seca e todo olquido remanescente est na forma de gotasque viajam a alta velocidade no ncleo centraldo tubo no regime de nvoa.

    Depois das gotas serem totalmentevaporizadas , o fluido constitudo de vaporsuperaquecido em uma segunda regio deconveco forada monofsica.

    O aumento da frao mssica de vapor emconjunto com a significativa diferena dasmassas especficas das fases lquida e vapor ,aumentam a velocidade mdia do fluido porvrias ordens de grandeza entre a primeira e asegunda regies de conveco foradamonofsica.

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