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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 134

Considere um cilindro horizontal de 0,2 m de diâmetro e 1,8 m de comprimento em uma sala a 20°C. Considerando que a temperatura da superfície externa do cilindro é 40°C, o coeficiente de transferência de calor por convecção natural é

(a) 2,9 W/m2K

(b) 3,5 W/m2K

(c) 4,1 W/m2K

(d) 5,2 W/m2K

(e) 6,1 W/m2K

Passo 1

Sabemos que o tubo tem dimensões L = 1,8 m e D = L c = 0,2 m. A temperatura da sala é T ∞ = 20°C = 293 K e da superfície do tubo é T s = -40°C = 233 K. Vamos considerar as propriedades do ar a T f = -10°C = 263 K, que é a média entre a temperatura da superfície e o ar da sala. Nesta temperatura:

ϑ = 1,252 x 10 - 5   m 2 / s

P r = 0,7387

k = 0,0 2288   W / m . K

Passo 2

Agora iremos calcular o coeficiente convectivo. A forma mais comum é utilizar a correlação de Nusselt para cilindro horizontal:

N u = h L c k = 0,6 + 0,387 R a 1 6 1 + 0,559 P r 9 16 8 27 2

Temos quase todos os valores, com exceção do número de Rayleigh. Vamos determiná-lo:

R a = g β T ∞ - T s L c 3 ϑ 2 P r  

R a = 9,81 x 1 263 x 20 - ( - 40 ) x 0,2 3 1,252 x 10 - 5 2 x 0,73 87

R a = 8,4 x 10 7

Passo 3

Já temos todas as variáveis necessárias para o número de Nusselt. Então vamos calcular h :

h L c k = 0,6 + 0,387 R a 1 6 1 + 0,559 P r 9 16 8 27 2

h = k L c 0,6 + 0,387 R a 1 6 1 + 0,559 P r 9 16 8 27 2

h = 0,02288 0,2 x 0,6 + 0,387 x ( 8,4 x 10 7 ) 1 6 1 + 0,559 0,7387 9 16 8 27 2

h = 6,18   W / m 2 . K

Resposta

Alternativa (e).

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