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).
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:
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):
Substituindo na fórmula:
- Calcular o termo dentro do quarto‐raiz:
- Raiz quarta:
- 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,