Enunciado

Calcule o fluxo térmico crítico em uma grande superfície horizontal para os seguintes fluidos a 1 atm: mercúrio, etanol e refrigerante R-134a. Compare esses resultados com o fluxo térmico crítico para a água a 1 atm.

Passo 1

Fala aí! Vamos resolver essa questãozinha aí! Nosso enunciado quer que a gente ache vários fluxos térmicos, para diferentes substâncias e compare com a água… Beleza então vamos nessa!

Antes de qualquer coisa precisamos de alguns dados adicionais, para essas substâncias… Então vamos visitar o apêndice do livro e ir lá na tabela A-5 e A-6, com a pressão de 1   a t m teremos:

Para o mercúrio:

ρ l = 12740   k g / m ³ h f g = 301   k J / k g σ = 417   .   10 - 3   N / m

ρ v = 3,90   k g / m ³ T s a t = 630   K

Para o etanol:

ρ l = 757   k g / m ³ h f g = 846   k J / k g σ = 17,7   .   10 - 3   N / m

ρ v = 1,44   k g / m ³ T s a t = 351   K

Para o R-134a:

ρ l = 1377   k g / m ³ h f g = 217   k J / k g σ = 15,4   .   10 - 3   N / m

ρ v = 5,26   k g / m ³ T s a t = 247 K

Para a água:

ρ l = 957,9   k g / m ³ h f g = 2257   k J / k g σ = 58,9   .   10 - 3   N / m

ρ v = 0,596   k g / m ³ T s a t = 373   K

Vamos as continhas então!

Passo 2

Para encontrar o q m a x " vamos usar a equação:

q m a x " = C   .   h f g   .   ρ v   .   σ   .   g   .   ρ l - ρ v ρ v 2 1 / 4

E vamos assumir nosso C = 0,149 , ok?

Vamos começar com o mercúrio:

q m a x " = 0,149   .   301   .   10 3   .   3,90   .   417   .   10 - 3   .   9,8   .   12740 - 3,90 3,90 ² 1 / 4

q m a x " = 1,34   .   10 6   W / m ²

Agora com o etanol:

q m a x " = 0,149   .   846   .   10 3   .   1,44   .   17,7   .   10 - 3   .   9,8   .   757 - 1,44 1,44 ² 1 / 4

q m a x " = 0,512   .   10 6   W / m ²

Agora com o R-134a:

q m a x " = 0,149   .   217   .   10 3   .   5,26   .   15,4   .   10 - 3   .   9,8   .   1377 - 5,26 5,26 ² 1 / 4

q m a x " = 0,281   .   10 6   W / m ²

E para fechar, com a água:

q m a x " = 0,149   .   2257   .   10 3   .   0,596   .   58,9   .   10 - 3   .   9,8   .   957,9 - 0,596 0,596 ² 1 / 4

q m a x " = 1,26   .   10 6   W / m ²

Passo 3

Beleza! Tá faltando pouco, precisamos agora ver a relação dos fluxos com o fluxo da água, para isso vamos fazer assim, olha só:

q m a x " q m a x ,   á g u a "

Primeiro com o mercúrio:

q m a x " q m a x ,   á g u a " = 1,34   .   10 6 1,26   .   10 6

q m a x " q m a x ,   á g u a " = 1,06

Agora o etanol:

q m a x " q m a x ,   á g u a " = 0,512   .   10 6 1,26   .   10 6

q m a x " q m a x ,   á g u a " = 0,41

Pra fechar com o R-134a:

q m a x " q m a x ,   á g u a " = 0,281   .   10 6 1,26   .   10 6

q m a x " q m a x ,   á g u a " = 0,22

Show! Conseguimos!

Resposta

Mercúrio: q m a x " = 1,34   .   10 6   W / m ² q m a x " q m a x ,   á g u a " = 1,06

Etanol: q m a x " = 0,512   .   10 6   W / m ² q m a x " q m a x ,   á g u a " = 0,41

E-134a: q m a x " = 0,281   .   10 6   W / m ² q m a x " q m a x ,   á g u a " = 0,22

Água: q m a x " = 1,26   .   10 6   W / m ²

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