O coeficiente de transferência de calor para o ar escoando sobre uma esfera deve ser determinado pela observação do comportamento dinâmico da temperatura de uma esfera, que é fabricada em cobre puro.
A esfera, que possui de diâmetro, encontra-se a antes de ser inserida em uma corrente de ar que tem a temperatura de . Um termopar sobre a superfície externa da esfera indica após da inserção da esfera na corrente de ar.
Admita que a esfera se comporta como um objeto espacialmente isotérmico e calcule o coeficiente de transferência de calor.
Dados: , ,
Passo 1
Como temos a temperatura da esfera variando no tempo, temos um problema de condução transiente, mas não podemos calcular o Biot já que a questão não dá o coeficiente convectivo , pelo contrário, o objetivo aqui é encontrá-lo. Então como saber se podemos usar o Método dos Parâmetros Concentrados?
Não precisa se desesperar! O enunciado deu pra gente uma informação importantíssima: podemos admitir que a esfera tem comportamento espacialmente isotérmico, ou seja, a temperatura vai ser sempre uniforme na esfera inteira.
Isso é o mesmo que falar que a condução de calor da esfera é infinita, que é justamente a aproximação que a gente quer conferir se é válida quando calculamos o Biot, sendo assim, tá tudo certo, podemos usar o Método dos Parâmetros Concentrados!
Passo 2
Vamos partir então da equação do método:
Agora é só reorganizar a equação pra isolar o coeficiente convectivo h:
Passo 3
Pronto! Agora vamos substituir todos os dados que temos: