Um cilindro metálico de 12,7 mm de diâmetro e comprimento 9,4 mm é aquecido internamente por um aquecedor elétrico ( P=46 w ) e está sujeito a escoamento transversal de ar em um túnel de vento com velocidade 10 m / s e temperatura 26,2^circ C, enquanto a superfície do cilindro se mantém, em média, a 128,4^circ C. Estima-se que 15 % 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 Qconv = 0,85 times 46 , W = 39,1 , W . 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 ( Qconv = h times A times De), 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 = pi times d times L ). A área lateral de um cilindro é dada por:
A = pi times 0,0127 , m times 0,0094 , m approx 0,000376 , m^2
Onde:

Passo 5

A diferença de temperatura ( De) é:

Passo 6

Agora, substituímos os valores na fórmula para encontrar h = QconvA times De:

Resposta

O coeficiente de transferência de calor por convecção é aproximadamente .

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