Determinar o fluxo térmico máximo que se pode obter na ebulição nucleada da água saturada, a 1 atm , num campo gravitacional igual a um oitavo do campo da terra. Compare o resultado com o que se pode calcular no campo gravitacional da terra. Admita que o elemento calefator seja grande.

Passo 1

Então, o enunciado pede pra gente achar o fluxo de calor máximo (ou “critical heat flux”, CHF) na ebulição nucleada da água saturada a 1 atm, mas num campo gravitacional de . Aí, depois, comparar com o CHF no nosso normal. O conteúdo aqui é transferência de calor por ebulição e, especificamente, a correlação de Zuber para CHF. Vamos precisar dos dados da água saturada (densidades, calor latente e tensão superficial) e da aceleração da gravidade.

Passo 2

O que é esse tal de CHF? É o maior fluxo de calor que a superfície aquece­dora consegue transferir por ebulição nucleada antes de passar pro regime de filme (onde forma uma camada de vapor que isola e derruba a transferência). A correlação de Zuber diz:
q''CHF ;=; 0.131,rhov^1/2,hfg,l[sigma,g,(rhol - rhov)r]^1/4
onde
  • e são as densidades do líquido e vapor,
  • é o calor latente de vaporização,
  • é a tensão superficial,
  • é a gravidade.

Passo 3

Agora, vamos pegar os valores pra água saturada a 1 atm (temperatura de 100 °C aprox.):



E as duas gravidades:

Passo 4

Primeiro, definimos o fator
A = 0.131,rhov^1/2,hfg = 0.131 times (0.597)^1/2 times 2,257times10^6 approx 2,28times10^5;W/m^2,(m/kg)^1/2
Em seguida, o termo sigma,g1/8,(rhol-rhov) =0.0589 times 1.226 times (958.4-0.597) approx 69,16 . Para l[69.16r]^1/4 approx 2.882 :
q''CHF,,1/8 = A times 2.882 approx 2.28times10^5 times 2.882 approx 6.59times10^5;W/m^2
Logo,

Passo 5

Agora pra gravidade normal:
sigma,grm Terra,(rhol-rhov) =0.0589 times 9.81 times 957.8 approx 553.8
l[553.8r]^1/4 approx 4.85
q''CHF,,g = 2.28times10^5 times 4.85 approx 1.11times10^6;W/m^2

Resposta

O fluxo de calor máximo na ebulição nucleada a q''CHF,,1/8 approx 6,6times10^5;W/m^2, é cerca de
q''CHF,,g approx 1,1times10^6;W/m^2
enquanto na gravidade da Terra é
Ou seja, reduzir a um oitavo diminui o CHF em torno de 40 %.

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