Enunciado

Ar a 40 ° C escoa sobre um longo cilindro, com 25   m m de diâmetro, que possui um aquecedor elétrico no seu interior. Durante uma bateria de testes foram efetuadas medidas da potência por unidade de comprimento, P ' , necessária para manter a temperatura da superfície do cilindro a 300 ° C , para diferentes velocidades V da corrente de ar. Os resultados obtidos são os seguintes:

  1. Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção para cada velocidade e apresente graficamente os seus resultados.
  2. Supondo que o coeficiente convectivo dependa da velocidade de escoamento do ar de acordo com uma relação do tipo h = C   .   V n , determine os parâmetros C e n a partir dos resultados da parte (a).

Passo 1

Fala aí! Partiu resolver essa questão!

Bem, o enunciado nos apresenta duas letrinhas… Mas antes de tudo vamos começar anotando todos os nossos dados pra gente não se perder, ok?

T s = 300 ° C D = 25   m m T ∞ = 40 ° C

Agora sim! Partiu resolver!

Passo 2

Vamos usar a equação da transferência de calor por convecção, beleza?

q " = h   .   T s - T s a t

Como estamos trabalhando com um cilindro vamos ter:

q " = h   .   ( π   .   D )   .   T s - T ∞

Nossa tabela nos fornece os valores da potência, que é a nossa transferência de calor, então precisamos encontrar os valores de h para cada ponto dela, vamos lá:

h = q " ( π   .   D )   .   T s - T ∞

h = P ' ( π   .   0,025 )   .   300 - 40

h = P ' 20,42

Agora vamos montar a tabela, é só a gente ir substituindo os valores de P ' e encontrar cada h :

Não temos um aumento linear, pelos números já dá pra perceber e pelo gráfico vemos melhor ainda:

Passo 3

Agora é a vez da letra b!

O exercício quer que a gente encontre os parâmetros C e n , sendo dada essa relação aqui:

h = C   .   V n

Bom, com os resultados da letra a, nós podemos chutar valores para cada um até obter o que melhor se encaixa… Vamos ver, temos 5 pontos, então vamos montar 5 equações:

Para o nosso primeiro ponto:

22 = C   .   1 n

C = 22

Opa! O primeiro já nos deu o valor de C , agora vamos substituir no segundo e encontrar o n

32,2 = 22   .   2 n

1,464 = 2 n

l o g   1,464 = l o g   2 n

l o g   1,464 = n   .   l o g   2

n ≃ 0,6

Show! Encontramos os parâmetro! Conseguimos!!

Resposta

  1. C = 22 e n = 0,6 .
Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Considere o escoamento de Couette e um fluido com viscosidade de μ = 0,8 N.s/m2 e condutividade térmica de k f = 0,145 W/m.K. A placa inferior é estacionária e feita de material de condutividade térmi
Um circuito integrado (chip) quadrado de silício ( k = 150W / ( m.K ) ) possui lados com W = 5m m e espessura t = 1m m . O circuito é montado em um substrato de tal forma que suas superfícies laterais
Você vivenciou um resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão para fora da janela de um veículo em movimento ou a imergiu em uma corrente de água. Com a superfície de sua mão a uma tempe
Qual é a espessura requerida para uma parede de alvenaria com condutividade térmica igual a 0,75W / ( m.K ) , se a taxa de calor deve ser 80 % da taxa através de uma parede estrutural composta com uma
A base, com 5m m de espessura, de uma panela com diâmetro de 200m m pode ser feita com alumínio ( k = 240W / ( m.K ) ) ou cobre ( k = 390W / ( m.K ) ). Quando usada para ferver água, a superfície da b