Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 106
106 - Um simples coletor solar é construído pela inserção de um tubo de plástico claro de de diâmetro em torno de uma mangueira de jardim cujo diâmetro externo é de . A mangueira é pintada de preto para maximizar a absorção solar, e alguns anéis de plástico são usados para manter o espaçamento constante entre a mangueira e cobertura de plástico claro. As emissividades da superfície da mangueira e da cobertura de plástico são de , e a temperatura efetiva do céu é estimada em . A temperatura do tubo de plástico é medida como sendo , enquanto a temperatura do ambiente é . Determine a taxa de perda de calor a partir da água na mangueira por convecção natural e radiação por metro de comprimento sob condições permanentes.
Passo 1
Vamos calcular a temperatura de filme, para obter os dados restantes, antes de prosseguirmos com os cálculos.
Portanto, temos as seguintes propriedades do ar para a pressão de e .
A Condutividade térmica é:
A Viscosidade cinemática é:
O número Prandtl é:
A gravidade é:
Passo 2
O Coeficiente de expansão é:
Encontre o comprimento da característica.
Usando os valores acima, o número Rayleigh se torna:
Passo 3
Usando o número de Rayleigh, calcule (número de Nusselt):
Passo 4
O coeficiente de transferência de calor por convecção é determinado a partir da equação dada por:
Reescreva para achar :
Vamos encontrar a área da superfície do tubo de plástico.
Agora precisamos calcular a taxa de transferência de calor da superfície externa do tubo de plástico por convecção natural.
Portanto, a taxa de transferência de calor por convecção natural é .
Passo 5
Calcular a taxa de transferência de calor por radiação da superfície externa do tubo de plástico:
Portanto, a taxa de transferência de calor por radiação é .
Resposta
Portanto, a taxa de transferência de calor por convecção natural é .
Portanto, a taxa de transferência de calor por radiação é .