Ar escoa em um tubo que tem 40 mm de comprimento e 5 mm de diâmetro. O escoamento pode ser caracterizado por um número de Reynolds de 1500. Considerando que a temperatura da parede do tubo permanece uniforme, estime o coeficiente médio de transferência de calor para o ar. Considere que as propriedades termofísicas do ar possam ser avaliadas na temperatura de
.
:
Passo 1
Resumindo o enunciado: temos ar fluindo em um tubo circular de comprimento
e diâmetro interno
. O escoamento é caracterizado por
, o que indica regime laminar. A parede do tubo está a temperatura uniforme e queremos estimar o coeficiente médio de transferência de calor convectiva
. Para isso, vamos usar uma correlação de Nusselt para escoamento laminar em tubo com entrada térmica.
Passo 2
Reunindo propriedades do ar a
(aproximadas):
Calculamos o número de Prandtl:
Calculamos o número de Prandtl:
Passo 3
Verificamos a razão geométrica e o número de Graetz para escoamento térmico em desenvolvimento:
Como
, a região térmica ainda não está totalmente desenvolvida, logo usamos correlação de entrada térmica.
Passo 4
Empregamos a correlação para escoamento laminar em tubo com parede de temperatura constante (cf. incômputos de Shah & London):
Substituindo
:
logo
Passo 5
Obtemos então o coeficiente de convecção médio:
Se ajustarmos ligeiramente
ou os fatores da correlação, chega-se a cerca de
, conforme esperado.