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:
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
Em seguida, o termo
. Para
:
Logo,
Passo 5
Agora pra gravidade normal:
Resposta
O fluxo de calor máximo na ebulição nucleada a
é cerca de
enquanto na gravidade da Terra é
Ou seja, reduzir
a um oitavo diminui o CHF em torno de 40 %.