Para compreender o fenômeno da queima, experiências de ebulição são conduzidas com água à pressão atmosférica usando fio horizontal chapeado de níquel aquecido eletricamente de 30 cm de comprimento e 4 mm de diâmetro. Determine (a) o fluxo de calor crítico e (b) o aumento da temperatura do fio quando o ponto de operação muda do regime de ebulição nucleada para o regime de ebulição de película com fluxo de calor crítico. Considere a emissividade do fio de 0,3.

Vamos deixar esquematizadas as propriedades da água líquida e vapor a 100°C

Para água a 100°C:

Para o vapor:

O fluxo de calor máximo é dado por:

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

é a tensão superficial entre as fases líquido e vapor. Para água a 100°C 0,0589 N/m;

é uma constante que depende da geometria do material, no nosso caso, vamos considerar que o elemento de aquecimento é um cilindro horizontal. Para determiná-lo precisamos do parâmetro adimensional :

Para :

Substituindo os valores na equação de fluxo máximo:

Agora vamos determinar a temperatura em que o fluxo máximo é atingido em regime de ebulição nucleada. O fluxo de calor por ebulição nucleada é dado por:

As constantes e dependem do material do aquecedor. Para níquel, e 1. Voltando para a equação:

Vamos realizar um procedimento semelhante para a ebulição de película. O fluxo de ebulição em película é dado por:

Antes de começarmos vamos estimar uma temperatura de superfície para aplicar as propriedades do vapor. Estimando 2100°C. A temperatura de filme é:

Nesta temperatura as propriedades do vapor são:

Voltando para a equação:

Porém, no regime de ebulição em película a transferência de calor por radiação também é relevante. A troca de calor por radiação neste regime é:

E a soma dos fluxos deverá ser igual ao fluxo máximo. Então:

Como o resultado está próximo à estimativa inicial podemos seguir adiante. Já temos as duas temperaturas, então o aumento na passagem de regime é de: