Uma barra de de diâmetro e de comprimento é posicionada na horizontal e tem água fluindo em toda sua superfície externa com velocidade de . A temperatura da água é uniforme em , e a temperatura da superfície da barra é mantida a . Nessas condições, os efeitos de convecção natural são importantes para o processo de transferência de calor?

Para resolver essa questão, podemos começar calculando a temperatura do filme. Assim temos:

Aqui,  é a temperatura da superfície da haste e  é a temperatura da água.

Com a temperatura de filme, podemos obter as propriedades da água na tabela A-9. Assim temos:

Coeficiente de expansão volumétrico:

Viscosidade dinâmica:

Densidade:

Com os dados obtidos nos passos anteriores, vamos calcular o Número de Reynolds usando a seguinte relação:

Aqui,  é a velocidade da água,  é o diâmetro da haste, é a densidade da água e é a viscosidade dinâmica. Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:

Vamos precisar calcular também o Número Grashof usando a seguinte relação:

Aqui,  é aceleração devido à gravidade,  é comprimento característico. Para cilindro horizontal, o comprimento da característica é igual ao diâmetro da barra. Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:

No livro, podemos encontrar que a convecção natural é desprezível se a razão entre o número de Grashof e o quadrado do número de Reynolds for menor que .

Assim vamos calcular essa relação para ver se os efeitos de convecção natural são importantes para a transferência de calor no processo. Assim temos:

Como a razão obtida é superior a , os efeitos da convecção natural são importantes para o processo total de transferência de calor .