Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 50
O seguinte experimento é conduzido para determinar o coeficiente de transferência de calor por convecção natural para um cilindro horizontal de 80 cm de comprimento e 2 cm de diâmetro. Um aquecedor de resistência de 80 cm de comprimento é colocado ao longo da linha central do cilindro, e as superfícies do cilindro são polidas para minimizar o efeito da radiação. As duas superfícies circulares laterais do cilindro são bem isoladas. O aquecedor de resistência está ligado, e a dissipação de potência é mantida constante em 60 W. Considerando que a temperatura média da superfície do cilindro é medida como sendo 120 °C na sala com ar a 20 °C quando a operação permanente é atingida, determine o coeficiente de transferência de calor por convecção natural. Se a emissividade da superfície externa do cilindro é 0,1 e um erro de 5% é aceitável, é necessário fazer alguma correção para o efeito da radiação? Considere que as superfícies em torno também estão a 20 °C.
Passo 1
Precisamos calcular inicialmente o coeficiente de transferência de calor . Para isto, vamos considerar o efeito apenas da convecção para dissipar 60 W. Logo,
Como as duas superfícies circulares são isoladas (não trocam calor), a única área a considerarmos é a área lateral. Portanto,
Passo 2
E agora, imaginem que temos o efeito da radiação. Quantos % do 60 W seriam dissipados pela radiação?
A resposta desta pergunta é exatamente aquele erro que é questionado no texto.
Sendo assim, vamos calcular agora o fluxo devido a radiação. Logo,
E o erro é:
Maior que 5%, o erro máximo aceitável. Logo, necessita-se considerar a radiação!
Resposta
O coeficiente de transferência de calor é:
O erro obtido foi de , o que é maior que o erro máximo aceitável. Portanto, necessita-se considerar a radiação.