- Um tubo cilíndrico vertical de diâmetro interior 20 cm e altura 0.5 m , possui a parede interior à temperatura de
. Calcular o calor trocado com o ar existente no exterior do cilindro se o ar estiver à temperatura de
.
Passo 1
O enunciado dá um tubo cilíndrico vertical de diâmetro interno
e altura
, cuja temperatura de parede é
e o ar ambiente está a
. Pede-se o calor trocado com o ar por convecção natural. Para isso precisamos estimar o coeficiente de filme convectivo
usando correlações de convecção natural em superfície vertical cilíndrica e depois aplicar a lei de Newton do resfriamento
Passo 2
Na convecção natural definimos o número de Rayleigh como
com
onde
é a aceleração da gravidade,
o coeficiente volumétrico de expansão (
),
a viscosidade cinemática, e
a difusividade térmica.
Passo 3
Escolhemos temperatura de filme
Propriedades do ar a
:
,
,
,
.
Passo 4
Calcular
e
:
Passo 5
Usamos a correlação de Churchill & Chu para cilindro vertical:
Calculando cada termo:
, o denominador intercalar é
.
Logo
Logo
Passo 6
O coeficiente convectivo é
A área externa lateral do cilindro é
Finalmente a taxa de calor é