Estime o coeficiente de transferência de calor por ebulição nucleada em vaso para a água em ebulição a pressão atmosférica em contato com aço inoxidável polido mecanicamente quando o excesso de temperatura for de .

Passo 1

Então, vamos lá! O exercício pede para estimar o coeficiente de transferência de calor por ebulição nucleada em um vaso com água fervendo à pressão atmosférica, em contato com aço inoxidável polido, quando há um excesso de temperatura de . Basicamente, estamos falando de transferência de calor em processos de ebulição, que faz parte da termodinâmica e transferência de calor. Para resolver isso, vamos precisar usar uma correlação empírica que nos ajude a calcular esse coeficiente com base nas propriedades da água e do material do recipiente.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é o coeficiente de transferência de calor por ebulição nucleada. Esse coeficiente, geralmente representado por , indica a eficiência com que o calor é transferido da superfície (no caso, o aço inoxidável) para o líquido (água) durante a ebulição. Na ebulição nucleada, essa transferência ocorre por meio da formação de bolhas na superfície aquecida.

Passo 3

Para calcular , uma das correlações mais utilizadas é a Correlação de Kleinstreuer-Trunc. Ela relaciona com várias propriedades físicas do líquido e da superfície. A fórmula simplificada é:
Onde:
  • e são constantes que dependem do líquido e da superfície.
  • é a condutividade térmica do líquido.
  • é a espessura da camada limite térmica.
  • é o excesso de temperatura.
  • é a tensão superficial.

Passo 4

Vamos agora identificar os valores das propriedades necessárias para a água à pressão atmosférica:
  • Condutividade térmica da água ( ): Aproximadamente 0,6 W/m·K.
  • Tensão superficial da água ( ): Cerca de 0,058 N/m.
  • Excesso de temperatura ( ): 15°C.
  • Constantes e : Para a água em aço inoxidável polido, valores típicos são e .

Passo 5

Substituindo os valores na fórmula:
Agora, precisamos determinar a espessura da camada limite térmica ( ). Uma aproximação comum é:
Onde:
  • é a difusividade térmica da água.
  • é a frequência de formação de bolhas.
Assumindo como 1e-4 m para simplificação.

Passo 6

Calculando:
Primeiro, calculamos a parte dentro do parênteses:
Então,
Agora, multiplicando todos os valores:
²

Resposta

O coeficiente de transferência de calor por ebulição nucleada é aproximadamente 4158 W/m²·K.

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