Um bastão horizontal com 5 mm de diâmetro está imerso em água mantida a
. Se a temperatura superficial do bastão é de
, estime o valor do coeficiente de transferência de calor por convecção. Dados:
.
Passo 1
Então, o enunciado diz o seguinte: temos um bastão (cilindro) horizontal de diâmetro
imerso em água a
, e a superfície do bastão está a
. Queremos estimar o coeficiente de transferência de calor por convecção natural
.
Conteúdo: convecção natural em cilindro horizontal. Vamos usar os números adimensionais Grashof ( ), Prandtl (
) e Rayleigh (
), e uma correlação de Nusselt (
).
Dados que vamos precisar:
• (viscosidade cinemática)
• (coeficiente de expansão térmica)
•
• (condutividade térmica)
•
•
Conteúdo: convecção natural em cilindro horizontal. Vamos usar os números adimensionais Grashof (
Dados que vamos precisar:
•
•
•
•
•
•
A partir de agora, vamos passo a passo calcular
,
,
e, por fim,
.
Passo 2
Calcular o número de Grashof para o cilindro, que mede a razão entre forças de flutuação e forças viscosas. A fórmula é
Substituindo:
Logo
Passo 3
Calcular o número de Rayleigh, que é simplesmente
Esse Ra está entre
e
, fase típica para usar uma correlação empírica.
Passo 4
Usar a correlação simples para cilindro horizontal em convecção natural, válida nesse intervalo:
Então
Passo 5
Por fim, o coeficiente de convecção
vem de
Substituindo
,
e
:
Resposta
O coeficiente de transferência de calor por convecção natural é aproximadamente