Enunciado

Água é fervida a 120°C em uma panela de pressão de aço inoxidável polido mecanicamente, colocada sobre um fogão. A superfície interna do fundo da panela é mantida a 130°C. Determine o fluxo de calor na superfície.

Passo 1

Vamos primeiro reunir nossas informações. Sabemos que a panela tem temperatura T s = 130°C = 403 K e é revestida de aço inoxidável polido mecanicamente. A água está a uma temperatura de T ∞ = 120°C = 393 K. O exercício pede para determinar o fluxo de transferência de calor. Tudo bem? Vamos nessa!!!

Passo 2

Vamos considerar que só ocorre fluxo por ebulição nucleada (porque a diferença de temperatura entre o fluido e a superfície é pequena). Mas antes de calcular o fluxo vamos deixar esquematizadas as propriedades da água líquida e vapor a 120°C

Para água a 120°C:

ρ L = 9 43,4   k g / m 3

∆ H e v = 2.2 03 . 000   J / k g

μ L = 0,23 2 x 10 - 3   k g / m . s

c p L = 4.244   J / k g . K

P r L = 1 , 44

Para o vapor:

ρ V = 1,121   k g / m 3

Com esses dados podemos calcular o fluxo de calor pela ebulição nucleada:

q ˙ n u c l e a d a = μ L x ∆ H e v x g ρ L - ρ V σ 1 2 x c p L T s - T ∞ C s f x ∆ H e v x P r L n   3

Já temos quase todos os dados, vamos aos que faltam:

σ é a tensão superficial entre as fases líquido e vapor. Para água a 120°C σ = 0,0550 N/m;

C s f e n são constantes que dependem das interações entre a água e o material da superfície de aquecimento, no nosso caso, aço inoxidável polido mecanicamente. Para este caso C s f = 0,0130 e n = 1. Substituindo os valores na equação:

q ˙ n u c l e a d a = 0,23 2 x 10 - 3 x 2 . 203 x 10 3 x 9,81 x 943,4 - 1,121 0,05 50 1 2 x 4.244 x 13 0 - 12 0 0,0130 x 2 . 203 x 10 3 x 1 , 44   3

q ˙ n u c l e a d a = 2,3 x 10 5 W m 2

Resposta

O fluxo de calor na superfície da panela é q ˙ n u c l e a d a = 2,3 x 10 5 W m 2 .

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