Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 58
58 - Uma tubulação horizontal, com de diâmetro e uma temperatura superficial externa de , está localizada no interior de uma sala cujo ar se encontra a uma temperatura de . Estime a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento do tubo devido à convecção natural.
Passo 1
A temperatura de filme nesse caso é dada por:
Para prosseguir nos cálculos, iremos aproximar essa temperatura para .
Passo 2
Obtenha as propriedades da tabela A.4, “Propriedades termo físicas dos gases à pressão atmosférica”
À temperatura de .
Viscosidade cinemática é:
Condutividade térmica é:
A difusividade térmica é:
O número Prandtl é:
O Coeficiente de expansão é:
Passo 3
A taxa de transferência de calor por unidade de comprimento do tubo devido à convecção natural pode ser encontrada com a seguinte equação:
Portanto precisamos encontrar o coeficiente convectivo de transferência de calor .
Passo 4
Primeiro precisamos encontrar o número de Nusselt. Como o produto do número de Prandtl e do número de Reynolds são maiores que , considere a correlação de Churchill e Bernstein para calcular o número de Nusselt.
Entretanto, precisamos encontrar o número Rayleigh .
Passo 5
O número Rayleigh pode ser calculado com a seguinte relação:
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Passo 6
Portanto, temos que o número de Nusselt é:
Passo 7
O coeficiente convectivo de transferência de calor do ar é determinado a partir da equação dada por:
Reescreva para achar :
Passo 8
Agora que temos todas as informações, basta calcularmos a taxa de transferência de calor.
Portanto, a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento do tubo devido à convecção natural é .