Em um esforço para encontrar a melhor maneira de refrigerar um tubo de cobre liso de parede fina, um engenheiro decidiu escoar ar dentro do tubo ou cruzar toda a superfície externa do tubo. O tubo tem diâmetro de , e a temperatura de superfície é mantida constante. Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção quando o ar está fluindo através do interior a com temperatura média de e o coeficiente de transferência de calor por convecção quando o ar está cruzando sua superfície externa a com temperatura de filme de .

Podemos obter na Tabela A-15 as propriedades do ar na temperatura de filme de .

Condutividade térmica:  

Viscosidade cinemática:

Número e Prandtl:

Podemos calcular o número de Reynolds utilizando a seguinte relação:

Aqui, é a viscosidade cinemática, é a velocidade média do ar e é o diâmetro do tubo. Substituindo os termos pelos dados fornecidos e calculados, temos:

Como o número de Reynolds é superior a , o fluxo é turbulento.

a) Para o ar fluindo dentro do tubo, podemos usar a relação de Dittus-Boelter para obter o número de Nusselt. Assim temos:

Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:

Com o número de Nusselt, podemos calcular o coeficiente de transferência de calor por convecção da seguinte maneira:

Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:

Portanto, o coeficiente de transferência de calor é .

b) Para o ar está fluindo através da superfície externa do tubo, o número de Nusselt de acordo com a equação de Zukauskas. Assim temos:

Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:

Com o número de Nusselt, podemos calcular o coeficiente de transferência de calor por convecção da seguinte maneira:

Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:

Portanto, o coeficiente de transferência de calor é .

O coeficiente de convecção  é maior quando o ar está sendo transportado pela superfície externa do tubo.