Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 112
112 - Um coletor solar é constituído por um tubo de cobre horizontal de de diâmetro externo envolto por um tubo de vidro fino concêntrico de de diâmetro. A água é aquecida à medida que flui através do tubo, e o espaço anular entre o cobre e os tubos de vidro é preenchido com ar a uma pressão de . As emissividades da superfície do tubo e da cobertura de vidro são de e , respectivamente. Durante um dia claro, as temperaturas da superfície do tubo e da cobertura de vidro são medidas como sendo e . Determine a taxa de perda de calor a partir do coletor por convecção natural e radiação por metro de comprimento do tubo.
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:
O número Prandtl é:
A gravidade é:
A Viscosidade cinemática é:
Passo 2
O Coeficiente de expansão é:
Encontre o comprimento da característica.
Usando os valores acima, o número Rayleigh se torna:
Passo 3
Temos que calcular a condutividade térmica efetiva e para isso precisamos calcular o fator de forma que é dado pela seguinte relação:
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Assim,
Passo 4
Agora precisamos calcular a taxa de transferência de calor entre os cilindros, por meio de:
Portanto, a taxa de transferência de calor por convecção é .
Passo 5
Calcular a taxa de transferência de calor por radiação:
Portanto, a taxa de transferência de calor por radiação é .
Passo 6
Dessa forma, a transferência total de calor é dada pela soma das duas transferências.
Portanto, a taxa de transferência de calor total por metro é .
Resposta
Portanto, a taxa de transferência de calor total por metro é .