Mudança de fase · ebulição em piscina

Ebulição em Piscina

Coeficiente de transferência de calor por ebulição em piscina, fluxo crítico de Zuber e curva clássica de Nukiyama.

Observe o fenômeno

Mais temperatura nem sempre significa mais calor

Na ebulição nucleada, a agitação das bolhas multiplica a transferência de calor (q'' ∝ ΔTe³). Porém, ao ultrapassar o fluxo crítico (q''máx), o vapor forma uma película isolante (efeito Leidenfrost) que reduz drasticamente a troca térmica.

Regime Ativo Jatos e colunas de vapor
2. Ebulição Nucleada (Rohsenow)
Excesso (ΔTe)
16,0 °C
Fluxo (q'')
482 kW/m²
Coef. (h)
30.125 W/m²K

Água saturada a 100 °C (1 atm) • Ts = 116,0 °C
Operação Segura (38% de q''máx)
Excesso de Temperatura (ΔTe = Ts − Tsat) 16,0 °C (Ts = 116,0 °C)
1 °C (Natural) 5–30 °C (Nucleada) 30–120 °C (Transição) 350 °C (Película)
Área da Placa (As) 0,050 m²
Potência: 24,1 kW
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Os 4 Regimes da Curva de Ebulição

Clique em um regime para simular na câmara
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Par Superfície–Líquido (Água a 1 atm)

Coeficiente experimental Cs,f e expoente n = 1,0 (Incropera Tab. 10.1)

Cs,f = 0,0128 • n = 1,0
Ajuste manual do coeficiente empírico (Cs,f) 0,0128

Superfícies mais rugosas possuem menor Cs,f e geram maior fluxo q'' para o mesmo ΔTe.

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Parâmetros da Superfície

Emissividade térmica e dimensão característica

Emissividade da Superfície (ε) 0,80
Atua fortemente no regime de Película de Bromley via radiação.
Dimensão Característica / Diâmetro (D, Lc) 15,0 mm
Entalpia de vaporização (hfg): 2.257 kJ/kg
Tensão superficial (σ): 0,0589 N/m
Densidades (ρl / ρv): 957,9 / 0,596 kg/m³
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Curva de Nukiyama (log q'' × log ΔTe) & Memorial Técnico

O marcador azul indica a condição operacional exata selecionada nos controles

Fluxo de Calor Atual (q'')
482,4 kW/m²
Taxa q = 24,12 kW (A = 0,05 m²)
Fluxo Crítico de Zuber (q''máx)
1.259 kW/m²
Ponto de Burnout (ΔTe,chf ≈ 20,6 °C)
Mínimo de Leidenfrost (q''mín)
19,0 kW/m²
Berenson (ΔTe ≈ 120 °C)
Coeficiente Global (h)
30.150 W/m²K
Parcela radiativa: desprezível

Diagrama Clássico de Nukiyama (Escala Log-Log)

Arraste o slider ou clique diretamente no gráfico para posicionar o ponto

Interativo

Síntese por Regime (Água a 100 °C)

Comparação dos patamares térmicos calculados

1. Convecção Natural (ΔTe = 3 °C)
Sem nucleação em cavidades
4,5 kW/m²
2. Ebulição Nucleada (ΔTe = 15 °C)
Equação de Rohsenow (q'' ∝ ΔTe³)
484 kW/m²
3. Fluxo Crítico CHF
Limite hidrodinâmico de Zuber
1.259 kW/m²
4. Ponto de Leidenfrost (ΔTe = 120 °C)
Fluxo mínimo de Berenson
19,0 kW/m²
5. Película + Radiação (ΔTe = 250 °C)
Correlação de Bromley (hconv + hrad)
47,0 kW/m²

Entradas Diretas e Validação Formal

Sincronizado automaticamente com os controles dinâmicos acima

Guia de estudo do ramo nucleado

1. Defina o superaquecimento da parede

Na ebulição em piscina, o líquido está saturado e a parede está mais quente: ΔTe = Ts − Tsat. Uma diferença de temperatura tem o mesmo valor numérico em °C e K. A animação ilustra o mecanismo; ela não calcula trajetórias ou tempos de formação das bolhas.

2. Relacione superfície e fluxo de calor

A correlação de Rohsenow usa as propriedades do líquido saturado e o coeficiente experimental do par superfície–fluido, Cs,f. Para o mesmo par e as mesmas propriedades, q″ ∝ ΔTe³: duplicar ΔTe multiplica q″ por oito, desde que o novo caso continue dentro do domínio aceito e abaixo do fluxo crítico.

Compare as superfícies com o mesmo ΔTe. Cs,f menor produz q″ maior nesta correlação; o coeficiente não é uma propriedade universal do material. Um ajuste manual diferente dos pares tabelados é exploratório e não é exportado como resultado validado.

3. Distinga fluxo, coeficiente e potência

q″ é o fluxo de calor por área, em W/m². O coeficiente é h = q″ / ΔTe, em W/(m²·K). Para uma área aquecida A, a potência é q = q″ · A, em W. Mudar apenas a área altera a potência e a geometria ilustrativa, sem alterar q″ ou h no modelo adotado.

4. Confira os limites antes de usar h

O ramo quantitativo desta bancada segue o modelo Python: água saturada, par tabelado, 5 ≤ ΔTe ≤ 30 °C e q″ ≤ q″máx. O fluxo crítico é calculado com a expressão de Zuber e constante π/24. A opção Validar no Servidor confere o caso no cálculo Python.

O limite crítico depende das propriedades e pode ser atingido antes de 30 °C. Convecção natural, transição e película são representações conceituais nesta página. A marca de Leidenfrost em 120 °C é uma referência ilustrativa, não uma previsão calculada para qualquer superfície. Consulte Rohsenow, Zuber & Bromley para as expressões e referências.