Aula 12

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Ebulição e Condensação 
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Ebulição e Condensação 
 
1 Ebulição 
 
A ebulição é também um processo de mudança de fase líquido-vapor. Mas: 
- Evaporação - acontece na interface líquido-vapor; 
 - pvap<psat a uma determinada temperatura. 
- Ebulição - acontece na interface sólido-líquido; 
- o líquido é colocado em contato com uma superfície mantida a 
uma temperatura Ts suficientemente acima da temperatura de 
saturação do líquido (Tsat). 
A ebulição é um processo caracterizado pela rápida formação de bolhas de vapor na 
interface sólida e que tendem a subir para a superfície livre do líquido quando 
atingem certa dimensão. É um fenômeno complexo devido ao grande número de 
variáveis envolvidas e aos padrões de movimento do fluido. 
 
Figura 1 – Evaporação (a), ebulição (b) e curva de pressão de vapor (c) 
 
Por exemplo: 
- a água de um lago a 20°C pode evaporar se a umidade relativa do ar estiver a 
60% pois a pressão de saturação da água a 20°C é 2,3kPa e a pressão de vapor do 
ar a 20°C e 60% de umidade é 1,4kPa, sendo que não se observa formação nem 
movimento de bolhas; 
- ao nível do mar, a água líquida em contato com uma superfície sólida a 
110°C entra em ebulição, uma vez que a temperatura de saturação da água a 1atm 
é 100°C. 
 
1.1 Fluxo de calor na ebulição (�� ebul) 
É expresso pela lei de Newton do resfriamento, por se tratar de uma convecção: 
 
������ � �	
� � 
�
�� � � ∙ ∆
��� 							��/�²�																						1� 
∆
��� � 	
� � 
�
�� 
 
Em que ∆
��� é chamado excesso de temperatura, isto é a diferença de temperatura 
da superfície acima da temperatura de saturação do líquido em observação. 
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As bolhas são formadas e subsistem devido à tensão superficial (σs) na interface 
líquido-vapor, que diminui com o aumento da temperatura. 
 
A ebulição não ocorre sob condições de equilíbrio e, em geral, as bolhas não estão 
em equilíbrio com o líquido circundante. Então se: 
- Tlíq<Tbolha → calor flui da bolha para o líquido → condensação e colapso; 
- Tbolha<Tlíquido → calor flui do líquido para a bolha → evaporação e subida. 
 
A ebulição é classificada sob diversos parâmetros: 
 
a) devido ao movimento da massa fluida: 
- ebulição em piscina: na ausência de escoamento de massa fluida, 
acontecendo apenas movimentos convectivos de massa e de bolhas pelo empuxo; 
- ebulição em escoamento (ou ebulição em convecção forçada): na presença de 
escoamento de massa fluida. 
 
Figura 2 – Classificação da ebulição em função da presença de movimento da massa fluida: 
em piscina (a) e em escoamento (b) 
 
b) devido à temperatura da massa fluida: 
- ebulição sub-resfriada (ou local): a temperatura do líquido é inferior à Tsat, as 
bolhas surgem apenas próximas à superfície sólida e servem de “transportadoras de 
energia” da superfície quente para o corpo do líquido, desaparecendo pelo colapso; 
- ebulição saturada: a temperatura do líquido é igual à Tsat e as bolhas 
aparecem em todo o líquido e sobem à sua superfície livre. 
 
Figura 3 – Classificação da ebulição em função da temperatura da massa fluida: 
sub-resfriada (a) e saturada (b) 
Ebulição e Condensação 
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c) devido à forma como acontecem com o aumento da temperatura: 
- em convecção natural: o movimento do fluido para a superfície livre é regido 
pelas correntes de convecção natural e observa-se, em experimentos com água, 
quando a temperatura de excesso está entre 2 e 6°C (ponto A na figura 5); 
- nucleada: observa-se a formação de bolhas e, com o aumento da 
temperatura, uma intensificação em taxas tão elevadas que se podem observar 
colunas contínuas de bolhas de vapor no líquido, sendo que a temperatura de 
excesso varia de 6 a 30°C, para a água; 
- de transição: neste ponto a ebulição nucleada e a de película ocorrem 
simultaneamente, e a temperatura de excesso varia de 30 a 120°C, observando-se 
uma redução significativa da troca de calor, sendo o ponto mínimo de troca 
chamado ponto de Leidenfrost; 
- de película: a superfície aquecida se apresenta coberta por uma película de 
vapor e a troca de calor aumenta com o aumento da temperatura, agora em função 
da radiação que ocorre na película de vapor entre a superfície sólida e o líquido. 
 
Figura 4 – Classificação da ebulição em função do aumento da temperatura da massa fluida: 
Convecção natural (a), nucleada (b), de transição (c) e de película (d). 
 
Figura 5 – Gráfico com a curva de ebulição da água em função da temperatura de excesso. 
 
Ebulição e Condensação 
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2 Condensação 
 
A condensação ocorre quando a temperatura do vapor é reduzida abaixo da sua 
temperatura de saturação (Tsat). E isto ocorre quando o vapor é colocado em contato 
direto com uma superfície sólida cuja temperatura (Ts) é inferior à temperatura de 
saturação do vapor. 
 
Observam-se duas formas distintas de condensação: 
 
- de película: o condensado molha a superfície e forma uma película líquida 
que desliza para baixo sob a influência da gravidade; 
- em gotas: o condensado forma gotículas de diâmetros variados na superfície 
no lugar de uma película contínua. 
 
Figura 6 – Classificação da condensação: de película (a) e em gotas (b). 
 
3 Correlações de transferência de calor em mudanças de fase 
 
Os regimes de mudança de fase verificados diferem consideravelmente em suas 
características, portanto, relações diferentes de transferência de calor devem ser 
utilizadas para cada situação. 
Não fazem parte do escopo desta disciplina estes cálculos. 
 
Mas estes processos são amplamente utilizados em Engenharia: 
- em uma geladeira doméstica o refrigerante absorve o calor do espaço 
refrigerado por ebulição na seção do evaporador e rejeita o calor para o ar externo 
por condensação na seção do condensador (serpentinas na parte posterior da 
geladeira); 
- nas centrais de energia a vapor, o calor é transferido para a caldeira onde a 
água se vaporiza e o calor residual do vapor é rejeitado no condensador.