O que é a ebulição da piscina – curva de ebulição – definição

Ebulição da piscina – curva de ebulição

Como foi escrito, a configuração mais comum, conhecida como ebulição da piscina, é quando uma piscina de líquido é aquecida por baixo através de uma superfície horizontal. Na fervura da piscina, o líquido é inativo e seu movimento próximo à superfície é principalmente devido à convecção natural e à mistura induzida pelo crescimento e desapego da bolha.

O trabalho pioneiro sobre a ebulição foi realizado em 1934 por  S. Nukiyama , que usou fios de nicrómio e platina aquecidos eletricamente imersos em líquidos em seus experimentos. Nukiyama foi o primeiro a identificar  diferentes regimes de ebulição da piscina  usando seu aparelho. Ele notou que a ebulição assume formas diferentes, dependendo do valor da temperatura de superaquecimento da parede  ΔT _sat  (também conhecida como temperatura excessiva) ,  que é definida como a diferença entre a temperatura da parede,  _parede T  e a temperatura de saturação,  T _sat .

São observados quatro regimes diferentes de ebulição da piscina (com base no excesso de temperatura):

• Ebulição por Convecção Natural                             ΔT _sentado  <5 ° C
• Ebulição do Nucleado                                    5 ° C <  ΔT _sentado  <30 ° C
• Ebulição de transição                                  30 ° C <  ΔT _sentado  <200 ° C
• Ebulição de filme                                         200 ° C <  ΔT _sentado

Esses regimes são ilustrados na curva de ebulição da figura, que é um gráfico do fluxo de calor versus o excesso de temperatura. Embora a curva de ebulição apresentada nesta figura seja para água, o formato geral da curva de ebulição permanece o mesmo para diferentes refrigerantes. Observe que, o formato específico da curva depende também dos parâmetros do sistema, como pressão e vazão do líquido de arrefecimento, mas é praticamente independente da geometria da superfície de aquecimento.

Ebulição Nucleada

O tipo mais comum de ebulição local encontrado em instalações nucleares é a ebulição nucleada . Porém, no caso de reatores nucleares, a ebulição nucleada ocorre a taxas de fluxo significativas através do reator. Na ebulição nucleada , as bolhas de vapor se formam na superfície de transferência de calor e depois se separam e são transportadas para a corrente principal do fluido. Esse movimento melhora a transferência de calor porque o calor gerado na superfície é transportado diretamente para a corrente de fluido. Uma vez na corrente principal de fluido, as bolhas colapsam porque a temperatura do fluido não é tão alta quanto a temperatura da superfície de transferência de calor onde as bolhas foram criadas. Como foi escrito, a ebulição nucleadana superfície interrompe efetivamente essa camada estagnada e, portanto, a ebulição nucleada melhora significativamente  a capacidade de uma superfície de transferir energia térmica para o fluido a granel. Às vezes, esse processo de transferência de calor é desejável porque a energia criada na superfície de transferência de calor é rápida e eficientemente “transportada”.

Perto da parede, a situação é complexa, pois vários mecanismos aumentam o fluxo de calor acima daquele da pura condução através do líquido.

1. Observe que, mesmo em fluxo turbulento , existe uma camada de filme fluido estagnada (subcamada laminar), que isola a superfície do trocador de calor. O fluxo ascendente (devido às forças de flutuação) do vapor que se afasta da parede deve ser equilibrado por um fluxo igual de massa de líquido e isso aproxima o líquido mais frio da parede.
2. A formação e o movimento das bolhas turbuliam o líquido perto da parede e aumentam a transferência de calor da parede para o líquido.
3. A ebulição difere de outras formas de convecção, pois depende do calor latente da vaporização, que é muito alto para pressões comuns; portanto, grandes quantidades de calor podem ser transferidas durante a ebulição essencialmente a temperatura constante.

O fluxo de calor em ebulição nucleado não pode ser aumentado indefinidamente. Em algum valor, chamamos de “ fluxo crítico de calor ” ( CHF ), o vapor produzido pode formar uma camada isolante sobre a superfície, que por sua vez deteriora o coeficiente de transferência de calor. Isso ocorre porque uma grande fração da superfície é coberta por uma película de vapor, que atua como um isolamento térmico devido à baixa condutividade térmica do vapor em relação à do líquido. Imediatamente após o fluxo crítico de calor ter sido atingido, a ebulição se torna instável e a ebulição de transição ocorre. A transição da ebulição nucleada para a ebulição de película é conhecida como ” crise de ebulição “. Desde além do CHFaponte o coeficiente de transferência de calor diminua, a transição para a ebulição de película é geralmente inevitável.

Crise de ebulição – Fluxo crítico de calor

Como foi escrito, nos reatores nucleares , as limitações do fluxo de calor local são da maior importância para a segurança do reator. Para reatores de água pressurizada e também para reatores de água fervente , existem fenômenos termo-hidráulicos, que causam uma diminuição repentina na eficiência da transferência de calor (mais precisamente no coeficiente de transferência de calor ). Esses fenômenos ocorrem com certo valor do fluxo de calor, conhecido como ” fluxo crítico de calor “. Os fenômenos que causam a deterioração da transferência de calor são diferentes para PWRs e BWRs.

Nos dois tipos de reatores, o problema está mais ou menos associado à saída da ebulição nucleada. O fluxo de calor em ebulição nucleado não pode ser aumentado indefinidamente. Em algum valor, chamamos de “ fluxo crítico de calor ” ( CHF ), o vapor produzido pode formar uma camada isolante sobre a superfície, que por sua vez deteriora o coeficiente de transferência de calor. Imediatamente após o fluxo crítico de calor ter sido atingido, a ebulição se torna instável e a ebulição de película ocorre. A transição da ebulição nucleada para a ebulição de película é conhecida como ” crise de ebulição “. Como foi escrito, os fenômenos que causam a deterioração da transferência de calor são diferentes para PWRs e BWRs.