Uma esfera de cobre com 25 mm de diâmetro é removida de um forno a uma temperatura de
e deixada resfriar em um fluido mantido a
. Calcule os coeficientes de convecção natural associados as condições de imersão da esfera no ar
) e na água (
).
Passo 1
Beleza, aqui a gente tem uma esfera de cobre de diâmetro D=25 mm (0,025 m) que sai do forno a 85 °C e é mergulhada num fluido a 29 °C. O lance é achar o coeficiente de convecção natural h pra dois casos: ar e água. Vamos usar conceitos de transferência de calor por convecção livre e números adimensionais:
- Grashof Gr =
- Rayleigh Ra = Gr·Pr
- Nusselt pra esfera (faixa típica
): - E daí
.
Precisamos, portanto, de ΔT, dos dados de ν, β, Pr e k pra cada fluido, e do g (10 m/s²).
Passo 2
Cálculo em ar:
- ΔT =
K - Grashof
- Rayleigh
- Nusselt
- Coeficiente h
Passo 3
Cálculo em água:
- Mesma ΔT = 56 K
- Grashof
- Rayleigh
- Nusselt (mesma correlação)
- Coeficiente h
Resposta
Em ar:
Em água:
Em água: