Um tanque encamisado de diâmetro interno igual a
e altura de
opera a pressão atmosférica e com vapor da camisa a
. A espessura da parede do tanque de aço inoxidável é de
. O coeficiente de transferência de calor do vapor que condensa na camisa é de
(
). Estime o valor do coeficiente de transferência de calor por ebulição (
) no interior do tanque. As propriedades do líquido podem ser consideradas iguais às propriedades da água.
Passo 1
O enunciado descreve um tanque cilíndrico com diâmetro interno
e altura
, operando à pressão atmosférica (logo, o líquido ferve a
). Na camisa há vapor a
, com coeficiente de condensação externo
e espessura de parede
de aço inox (
).
Queremos estimar o coeficiente de transferência por ebulição interno . O caminho térmico é
vapor na camisa → condensação externa → parede metálica → ebulição interna → líquido.
Queremos estimar o coeficiente de transferência por ebulição interno
vapor na camisa → condensação externa → parede metálica → ebulição interna → líquido.
Passo 2
Montamos as resistências térmicas em série por unidade de área (área aproximada igual na face interna e externa, pois
):
A queda de temperatura total é
e está repartida em
Passo 3
Calculamos as duas primeiras resistências (por área):
A resistência combinada fica
Passo 4
Supondo que o gradiente na camada de ebulição seja pequeno (nucleate boiling típica lida com poucos kelvins de superaquecimento), estimamos primeiro o fluxo de calor superficial usando somente
:
Passo 5
Para achar
precisamos de uma
. Em nucleate boiling de água costuma-se ter de
a
de superaquecimento. Tomemos um valor-padrão de
Então
Resposta
A ordem de grandeza estimada para o coeficiente de transferência interna por ebulição é