Enunciado

Água é fervida a 90°C por um elemento de aquecimento horizontal de latão, com diâmetro de 8 mm. Determine o fluxo de calor máximo que pode ser alcançado no regime de ebulição nucleada.

Passo 1

Vamos primeiro reunir nossas informações. Sabemos que o elemento de aquecimento é revestido de latão e tem diâmetro D = 0,008 m. A água está a uma temperatura de T ∞ = 90°C = 363 K. O exercício pede para determinar o fluxo de calor máximo em ebulição nucleada. Tudo bem? Vamos nessa!!!

Passo 2

Antes de calcular o fluxo vamos deixar esquematizadas as propriedades da água líquida e vapor a 90°C

Para água a 90°C:

ρ L = 9 65,3   k g / m 3

∆ H e v = 2.2 8 3.000   J / k g

Para o vapor:

ρ V = 0,4235   k g / m 3

O fluxo de calor máximo é dado por:

q ˙ m á x = C c r ∆ H e v σ g ρ V 2 ρ L - ρ V 1 4

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

σ é a tensão superficial entre as fases líquido e vapor. Para água a 90°C σ = 0,0608 N/m;

C c r é uma constante que depende da geometria do material, no nosso caso, cilindro horizontal. Para determiná-lo precisamos do parâmetro adimensional L * :

L * = D 2 g ρ L - ρ V σ 1 2

L * = 0,008 2 x 9,81 x 965,3 - 0,4235 0,0608 1 2

L * = 1,58

Para L * > 1,2 , C c r = 0,12 .

Passo 3

Substituindo os valores na equação de fluxo máximo:

q ˙ m á x = C c r ∆ H e v σ g ρ V 2 ρ L - ρ V 1 4

q ˙ m á x = 0,12 x 2.283 x 10 3 x 0,0608 x 9,81 x 0,4235 2 x 965,3 - 0,4235 1 4

q ˙ m á x = 8,7 x 10 5 W m 2  

Resposta

O fluxo máximo que pode ser alcançado é de q ˙ m á x = 8,7 x 10 5 W m 2 .

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