Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 24
25 - Um aquecedor de resistência cilíndrica de tem de comprimento e de diâmetro. O fio de resistência é colocado horizontalmente em um fluido a . Determine a temperatura da superfície externa do fio de resistência em operação permanente se o fluido for ( a ) ar e ( b ) água. Ignore qualquer transferência de calor por radiação. Use propriedades a para ar e para água.
Passo 1
Como fornecido no enunciado, temos que a temperatura em estudo é de , 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.
Vamos supor uma temperatura de superfície, .
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 :
Área de superfície,
Passo 5
Escreva a equação geral da perda de calor devido à convecção e radiação.
Isso é aproximadamente igual ao assumido, .
A temperatura da superfície externa do fio se o fluido for o ar é .
Passo 6
b) Vamos calcular agora a temperatura da superfície do fio, se o fluido for água.
Temos as seguintes propriedades do ar para a pressão de e .
A Condutividade térmica é:
O número Prandtl é:
Vamos calcular a viscosidade cinemática da água que é a relação entre a viscosidade dinâmica pela densidade.
Passo 7
O Coeficiente de expansão é:
Encontre o comprimento da característica.
Vamos supor uma temperatura de superfície, .
Usando os valores acima, o número Rayleigh se torna:
Passo 8
Usando o número de Rayleigh, calcule (número de Nusselt):
Passo 9
O coeficiente de transferência de calor por convecção é determinado a partir da equação dada por:
Reescreva para achar :
Área de superfície,
Passo 10
Escreva a equação geral da perda de calor devido à convecção e radiação.
Isso é aproximadamente igual ao assumido, .
A temperatura da superfície externa do fio se o fluido for a água é .