Enunciado

29 – Água saturada 1 atm e velocidade 3 m/s escoa sobre um elemento cilíndrico de aquecimento de diâmetro 10 mm. Qual é a máxima taxa de aquecimento (W/m) para uma ebulição nucleada?

Passo 1

Temos neste exercício uma situação onde há um processo de ebulição nucleada com escoamento do fluido em ebulição, assim vamos ter que usar correlações aplicadas para este tipo de processo.

Passo 2

Em um processo de ebulição nucleada com fluxo de um fluido a uma velocidade baixa, a máxima taxa de transferência de calor entre o metal e o fluido por ser determinada pela expressão desenvolvida por Lienhard e Eichhorn, cuja equação é

q m a x = 1 π   A S V H v a p ρ v 1 + 4 W e 1 3

Onde,

-qmáx é a máxima taxa de transferência de calor;

-AS é a área superficial;

-V é a velocidade do fluido;

-ρv é a densidade do vapor;

-Hvap é a entalpia de vaporização do fluido;

-We é o nº de Weber.

O nº de Weber é dado pela seguinte equação

W e = ρ v V 2 D σ

Onde,

-D é o diâmetro;

-σ é a tensão superficial do líquido saturado;

A área superficial é dada pela área da superfície de um cilindro

A S = π D L

Assim,

q m a x = D L V H v a p ρ v 1 + 4 W e 1 3

Passo 3

Em termos de taxa por unidade de comprimento (W/m)

q ' m a x = q m a x L = D V H v a p ρ v 1 + 4 σ ρ v V 2 D 1 3

Vamos precisar então dos dados para a água saturada na pressão de 1 atm:

Pela Tabela A.6:

ρ v = 0,596 k g m 3 ; ρ l = 961   k g / m 3 ; σ = 58,9 x 10 - 3   N / m

T s a t = 100 º C = 373 K ; H v a p = 2257 x 10 3 J k g

Aplicando os valores:

q ' m a x = 0,01 m 3 m s 2257 x 10 3 J k g 0,596 k g m 3 1 + 4 58,9 x 10 - 3 N m 0,596 k g m 3 3 m s 2 ( 0,01 m ) 1 3

q ' m a x = 106444 W m

Resposta

q ' m a x = 106444 W m

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