Dentro de um panelão de cobre, com uma superfície de aquecimento
, mantida à temperatura uniforme
, faz-se ferver água saturada a
. Calcule (a) o fluxo superficial de calor e (b) a taxa de evaporação.
Passo 1
Beleza, o enunciado diz: temos um panelão de cobre com área de aquecimento
mantido a
, e lá dentro a água está fervendo a
(ou seja, saturada a 1 atm).
O que querem:
a) fluxo superficial de calor (em W/m²)
b) taxa de evaporação (em kg/s)
O que querem:
a) fluxo superficial de calor
b) taxa de evaporação
Conteúdo: transferência de calor por ebulição (convecção de ebulição), uso do coeficiente de transferência de calor
e da entalpia de vaporização
. Vamos precisar:
- A diferença de temperatura
. - Um valor “típico” de coeficiente de ebulição nucleada para água pura a 1 atm (vamos usar
). - Latent heat da água à ebulição:
.
Passo 2
Teoria do fluxo de calor por convecção de ebulição (nucleada):
q’’ = h · ΔT
q’’ = h · ΔT
Aqui:
ΔT = 110 °C – 100 °C = 10 K
h ≈ 1,2×10^4 W/(m²·K) (valor típico para ebulição nucleada a pouca supertemperatura)
ΔT = 110 °C – 100 °C = 10 K
h ≈ 1,2×10^4 W/(m²·K) (valor típico para ebulição nucleada a pouca supertemperatura)
Então
Passo 3
Agora, para transformar esse fluxo de calor em massa de vapor, usamos balanço de energia:
Substituindo:
e
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Resposta
(a) Fluxo superficial de calor
(b) Taxa de evaporação