Um elemento aquecedor de de diâmetro é mantido com uma temperatura superficial de , quando imerso horizontalmente em água sob pressão atmosférica. A cobertura do elemento é de aço inoxidável com acabamento de polimento mecânico com uma emissividade de .

(a) Calcule a dissipação de potência elétrica e a taxa de produção de vapor por unidade de comprimento do aquecedor.

(b) Se o aquecedor fosse operado na mesma taxa de dissipação de potência no regime de ebulição nucleada, qual temperatura a superfície atingiria? Calcule a taxa de produção de vapor por unidade de comprimento para essa condição de operação.

(c) Esboce a curva de ebulição e represente as duas condições de operação das partes (a) e (b). Compare os resultados de suas análises. Se o elemento aquecedor for operado na opção de potência controlada, explique como você alcançaria essas duas condições de operação, iniciando a partir de um elemento frio

Para resolver essa questão vamos assumir condições de estado estacionário e água exposta à pressão atmosférica padrão e temperatura uniforme,

Como , o elemento está operando no regime de fervura de filme. A dissipação de energia elétrica por unidade de comprimento é,

Onde o coeficiente total de transferência de calor é,

Com o coeficiente de convecção é dado pela correlação,

Substituindo os valores encontramos,

Agora estimando o coeficiente de radiação temos,

Substituindo os valores na equação do Passo 1 temos,

A taxa de evaporação por unidade de comprimento é,

Para o mesmo fluxo de calor,

Usando a correlação de Rohsenow para o regime de ebulição nucleada, encontramos e, portanto,

Então, substituindo os valores, temos,

A taxa de evaporação por unidade de comprimento é,