Um cilindro metálico de
de diâmetro e comprimento
é aquecido internamente por um aquecedor elétrico (
) e está sujeito a escoamento transversal de ar em um túnel de vento com velocidade
e temperatura
, enquanto a superfície do cilindro se mantém, em média, a
. Estima-se que
da dissipação ocorre através do efeito acumulado de radiação e condução através das extremidades do cilindro. (a) Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção (b) Compare o resultado experimental com o coeficiente de convecção calculado a partir de correlação apropriada.
Passo 1
Vamos resumir o problema: temos um cilindro de metal com diâmetro de
e comprimento de
que está sendo aquecido internamente por um aquecedor elétrico de
. Ele está exposto a um fluxo de ar com velocidade de
e temperatura de
em um túnel de vento. A superfície do cilindro mantém, em média,
. Além disso, sabemos que
da dissipação de calor ocorre por radiação e condução nas extremidades do cilindro. Nosso objetivo aqui é determinar o coeficiente de transferência de calor por convecção.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender que a potência total fornecida pelo aquecedor é de
. Dado que
dessa potência é perdida por radiação e condução, podemos calcular a potência que está sendo dissipada por convecção:
Passo 3
Agora, para encontrar o coeficiente de transferência de calor por convecção (
), usamos a fórmula que relaciona a potência de convecção com a área de superfície do cilindro e a diferença de temperatura entre a superfície e o ar ambiente:
Onde:
-
é a área de superfície do cilindro. -
é a diferença de temperatura entre a superfície do cilindro ( ) e o ar ambiente ( ).
Passo 4
Vamos calcular a área de superfície do cilindro (
). A área lateral de um cilindro é dada por:
Onde:
Passo 5
A diferença de temperatura (
) é:
Passo 6
Agora, substituímos os valores na fórmula para encontrar
:
Resposta
O coeficiente de transferência de calor por convecção é aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Para fins de transferência de calor, um ovo pode ser considerado uma esfera de
de diâmetro com as propriedades da água (
). Um ovo que está inicialmente a
é jogado em água fervente a
. O coeficiente de transferência de calor na superfície do ovo é estimado em
. Se o ovo for considerado cozido quando sua temperatura central atingir
C , determine por quanto tempo o ovo deve ser mantido na água fervente. R. 17,4 minutos
Um longo tarugo de madeira cilíndrico (
e
) tem 10 cm de diâmetro e está inicialmente a uma temperatura uniforme de
. Ele é exposto a gases quentes a
em uma lareira com um coeficiente de transferência de calor de
na superfície. Se a temperatura de ignição da madeira for de
, determine quanto tempo levará até que a tora pegue fogo. R. 66,1 minutos
Ar quente escoa a
através de um duto de chapa metálica não isolada de diâmetro
, que se encontra no sótão de uma casa. O ar quente entra a
e, após percorrer 5 m , resfria-se a
. O coeficiente de transferência de calor entre a superfície externa do duto e o ar ambiente a
é ho
. (b) Determine o fluxo de calor e a temperatura da superfície em
.
Água a
e
entra em um tubo trocador de calor de 10 mm de diâmetro cuja temperatura de parede é mantida a
. Calcule: (a) o comprimento de tubo necessário para aquecer a água a
; (b) a temperatura de saída da água se o comprimento do tubo é duplicado. Assuma que as propriedades da água sejam as mesmas que no ítem (a).