- (10.9 Incropera) Calcule o fluxo de calor crítico para os seguintes fluidos a 1 atm : mercúrio, etanol e refrigerante R-12. Compare esses resultados com o fluxo de calor crítico para água a 1 atm.
- (10.10 Incropera) A parte inferior de uma panela de cobre, de 150 mm de diâmetro, é mantida a
através de um elemento de aquecimento elétrico variável. Estime a potência necessária para ferver a água nessa panela. Determine a taxa de evaporação. Qual é a razão entre o fluxo de calor na superfície e o fluxo de calor crítico? Qual é a temperatura necessária para atingir o fluxo de calor crítico?
Passo 1
Para a parte 7 precisamos do fluxo de calor crítico em ebulição em reservatório (“pool boiling”), que pode ser estimado pela correlação de Zuber:
onde
é o calor latente,
e
as densidades líquida e vapor,
a tensão superficial, e
. Vamos usar propriedades a 1 atm para mercúrio, etanol, R-12 e água.
Passo 2
Mercúrio à sazonal de ebulição
:
,
,
,
.
Calculemos
Calculemos
logo
Passo 3
Etanol em
:
,
,
,
.
Temos e
,
então
Temos
então
Passo 4
Refrigerante R-12 em
:
,
,
,
.
Calculando e
,
obtemos
Calculando
obtemos
Passo 5
Água em ebulição a
C
:
,
,
,
.
Calcula-se e
,
de onde
Calcula-se
de onde
Comparação:
Mercúrio > Água
> Etanol
> R-12
Mercúrio
Passo 6
Agora a parte 8: temos um fundo de panela de cobre de diâmetro
mantido a
para ferver água saturada a
, logo
. Em nucleate boiling usa-se um valor típico de fluxo de calor para água em cobre:
Passo 7
A área do fundo é
e a potência necessária para manter ebulição é
Passo 8
A taxa de evaporação é
Passo 9
A razão entre o fluxo de calor real e o crítico (água) é
Passo 10
Para atingir
com a mesma dependência empírica
(Rohsenow), basta resolver
e portanto a temperatura de fundo necessária seria
Resposta
Ex. 7
Mercúrio:
Etanol:
R-12:
Água:
Mercúrio:
Etanol:
R-12:
Água:
Ex. 8
Potência para ferver:
Taxa de evaporação:
Razão
Temperatura para :
.
Potência para ferver:
Taxa de evaporação:
Razão
Temperatura para