Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 111
Uma barra cilíndrica é colocada em um fluxo cruzado de ar a 20 °C (1 atm) com velocidade de 10 m/s. A barra tem diâmetro de 5 mm e temperatura constante de superfície de 120 °C. Determine (a) o coeficiente de arrasto médio, (b) o coeficiente de transferência de calor por convecção, usando a relação de Churchill e Bernstein, e (c) o coeficiente de transferência de calor por convecção utilizando Tab. 7-1.
Passo 1
Vamos lá! Vamos começar por colocar as nossas hipóteses do problema. Isto é, as considerações que iremos fazer! Sendo assim, temos uma operação em regime permanente, as propriedades são constantes e a temperatura da superfície aquecida é constante.
Para todas as propriedades do ar utilizadas nesta questão, iremos obtê-las a partir da tabela A-15 utilizando a temperatura de filme, que é dada por:
Se queremos determinar o coeficiente de arrasto médio para a barra cilíndrica, precisaremos utilizar a tabela da Figura 7-17. O dado de entrada é o número de Reynolds, e o de saída será o coeficiente.
Portanto, nosso ponto de partida é calcular o número de Reynolds. Desta forma, temos:
A partir da Figura 7-17, podemos conseguir um valor aproximado de (percebam que é um pouco diferente da resposta da questão, mas o problema aqui é visual mesmo!)
Passo 2
Agora, vamos utilizar a relação de Churchill e Bernstein para calcular o número de Nusselt, e, consequentemente, o coeficiente de transferência de calor . Portanto, temos:
Agora, basta substituirmos os valores das constantes. Relembrando, e , ambos os valores retirados da tabela A-15. Portanto,
E assim resolvemos a letra b).
Passo 3
Para finalizarmos, vamos pegar a equação da tabela 7-1 que corresponde a variação do número de Reynolds de para cilíndricos circulares. Portanto,
E assim finalizamos a nossa questão!