Ferve-se água saturada, em regime de ebulição nuclear, com um grande calefator plano. Calcule o máximo do fluxo de calor.

Passo 1

Beleza, o enunciado diz: “Ferve-se água saturada, em regime de ebulição nuclear, com um grande calefator plano. Calcule o máximo do fluxo de calor.”
Conteúdo: transferência de calor por ebulição (pool boiling) e, em especial, o pico de fluxo de calor antes de sair da nucleação (o chamado Critical Heat Flux, CHF).
O que vamos precisar: a correlação de Zuber para CHF em ebulição de pool em superfície plana e as propriedades termofísicas da água saturada a 1 atm (T_sat≈100 °C).

Passo 2

Teoria: no regime de ebulição nucleada existe um limite de fluxo de calor que a superfície consegue transferir antes de ocorrer “film boiling” e a superfície ficar coberta por vapor (que é isolante). Esse limite é dado pela correlação de Zuber:
q''CHF ;=; 0.131;hfg,rhov;l[sigma,g,(rhol-rhov)rhov^2r]^1/4
onde
  • = entalpia de vaporização da água (J/kg),
  • , = densidades do vapor e do líquido (kg/m³),
  • = tensão superficial (N/m),
  • = aceleração da gravidade (9,81 m/s²).

Passo 3

Vamos aos dados típicos da água saturada a 1 atm (T_sat≈100 °C):
  • sigma,g,(rhol-rhov)rhov^2 =0,0589cdot9,81cdot(958,4-0,597)(0,597)^2 approx1552
  • 1552^1/4approx6,28
  • q''CHF =0,131;times2,256times10^6;times0,597;times6,28
Substituindo na fórmula:
  1. Calcular o termo dentro do quarto‐raiz:
  1. Raiz quarta:
  1. Montando :

Passo 4

Fazendo as contas:
  • Multiplica por 6,28 →
  • Multiplica por 0,131 →

Resposta

O máximo fluxo de calor (CHF) na ebulição nucleada da água saturada a 1 atm em placa plana é, aproximadamente,
boxedq''maxapprox1,1times10^6;W/m^2

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