Más información sobre la transferencia simultánea de calor y masa

El cuerpo humano utiliza la evaporación del agua como un importante mecanismo de transferencia de calor. Además, existen muchos procesos industriales, especialmente para el secado de productos que utilizan procesos de evaporación en el aire.
Afortunadamente, la transferencia de masa por convección J a menudo se puede modelar exactamente de la misma manera que se modela la transferencia de calor por convección q c. En términos de transferencia por área (flujo)

El flujo de calor es en términos de la diferencia de temperatura desde la superficie al fluido a granel (aire) y el flujo de masa es en términos de la diferencia de concentración de vapor de agua en el aire. Estas concentraciones son iguales a la densidad del vapor de agua ρ a la temperatura de saturación del agua y se pueden encontrar en las tablas de vapor. La humedad relativa relaciona la concentración real de vapor de agua en el aire con este valor de saturación del vapor de agua, todo a la temperatura del aire T ∞

El coeficiente de transferencia de calor h y el coeficiente de transferencia de masa h m pueden relacionarse para la misma superficie mediante la relación de Lewis

donde D es el coeficiente de difusión del vapor de agua en el aire yk es la conductividad térmica del aire tomada a la temperatura promedio del aire.

El número de Lewis Le es la relación entre la difusividad térmica del aire α y la viscosidad cinemática ν . Para el vapor de agua en el aire cerca de las condiciones de temperatura ambiente, el número de Lewis es casi un valor constante de 0,85.

Esto también proporciona un método fácil para encontrar el coeficiente de difusión,

El flujo de energía total de la superficie es la combinación de la transferencia de masa por convección y el flujo de energía de evaporación de la transferencia de masa. Debido a que el agua cambia de líquido a vapor durante la evaporación, la entalpía de vaporización h fg debe incluirse.

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En el Taller 8 midió la transferencia de calor por convección desde su muñeca. Ahora el desafío es medir la combinación de transferencia de calor y masa cuando se introduce sudor o agua. Primero, pegue el sensor de flujo de calor a su muñeca como antes para la medición en seco. Mantenga el segundo termopar en la habitación para registrar la temperatura del aire. Toma aproximadamente 30 segundos de datos (hasta que se estabilice) mientras mueves el brazo en el aire. Luego, coloque un paño húmedo (incluido en su kit) que se haya empapado con agua sobre la parte superior del sensor y repita. El paño se seca bastante rápido, así que vuelva a saturar el paño cada vez antes de usarlo. Trace el flujo de calor en función del tiempo para ambos casos y observe el cambio cuando se agrega el paño húmedo.

Utilice los valores de temperatura y flujo de calor de estado estable para calcular el coeficiente de transferencia de calor cuando el brazo está seco antes de agregar el paño. Desprecie los efectos de la radiación. Suponga que la h que encontró permanece igual (pero no la temperatura de la superficie) cuando se agrega la tela. Utilice este valor con la relación de Lewis para calcular el coeficiente de transferencia de masa correspondiente, h m . Utilice las temperaturas del sensor y el aire circundante para encontrar las concentraciones de saturación correspondientes de vapor de agua. Suponga una humedad relativa para encontrar la concentración de vapor de agua en el aire (comience con 50%). Utilice estos valores para calcular el flujo de calor total para la carcasa húmeda. ¿Coincide? De lo contrario, ajuste el valor de humedad relativa que utiliza y repita los cálculos hasta que obtenga una coincidencia razonable con sus datos. Registre sus valores medidos a continuación.

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Valor calculado del coeficiente de transferencia de calor para el caso seco , h =

Calcule los valores para el caso húmedo usando la relación de Lewis:

Propiedades del aire de las tablas en T av :     k =                          α =                          D =

Coeficiente de transferencia de masa, h m =

Propiedades @T s =                 , densidad del vapor de agua ρ s = C s =                    entalpía de vaporización, h fg =

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Adivina φ =

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Propiedades @T ∞ =. densidad del vapor de agua, ρ ∞ = C ∞ = φ ρ ∞ =

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Flujo de masa calculado, Jʺ = h m (C s - C ∞ ) =

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Flujo de energía de evaporación calculado, Jʺ h fg = h m (C s - C ∞ ) h fg =

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Flujo de calor de convección calculado cuando está húmedo, qʺ c = h (T s –T ∞ ) =

Transferencia de energía total húmeda calculada, q " total = qʺ c + Jʺ h fg =

Fracción de transferencia de energía por transferencia de masa =

Ecuaciones y cálculos:

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