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TCM unidade 3 A 38

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UNIDADE 3
Introdução à Convecção, Escoamento Externo,
Escoamento Interno e Convecção Natural
(CAPÍTULOS 6, 7, 8 E 9 DO LIVRO TEXTO)
DIA 38
TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
Exemplo 9.4 - Uma Tubulação horizontal de vapor d´água a alta pressão, com 0,1 m de
diâmetro externo, atravessa uma grande sala cujas paredes e o ar ambiente se encontram a
23 ºC. A superfície externa da tubulação está a uma temperatura de 165 ºC e possui uma
emissividade ε = 0,85. Estime a perda térmica da tubulação por unidade de
comprimento.
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
Considerações:
1. Área superficial da tubulação pequena se comparada à da vizinhança.
2. Ar na sala quiescente.
Propriedades:Tabela A.4, ar (Tf = 367 K): v = 22,8 × 10–6 m2/s,α = 32,8 × 10–6
m2/s, k = 0,0313W/(m · K),  = 2,725 × 10–3 K–1, Pr = 0,697.
Esquema:
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
Perda Térmica é obtida por um balanço de energia na superfície externa do tubo:
Número de Nusselt do lado externo da tubulação (Cilindro Longo Horizontal)
Número de Rayleigh:
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
Voltando à expressão de Nusselt:
Determinando o coeficiente convectivo a partir do Nusselt obtido:
Retornando para o cálculo da perda térmica da tubulação:
Placas Inclinadas e Horizontais
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
(a) Escoamentos nas superfícies superior e inferior de uma placa fria (Ts < T∞).
(b) Escoamento na superfície inferior de uma placa fria.
(c) Escoamentos nas superfícies superior e inferior de uma placa quente (Ts > T∞).
(d) Vista da extremidade do escoamento na superfície superior de uma placa quente.
Superfície Inferior de uma Placa Aquecida ou Superfície Superior de uma
Placa Resfriada
Onde g deve ser substituído por g.cos
Válidas para 0    60o
Obs.: Para superfície superior de placa aquecida ou
superfície inferior de placa resfriada não são feitas
recomendações.
Placas Inclinadas
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
Superfície Superior de uma Placa Aquecida ou Superfície Inferior de
uma Placa Resfriada
Superfície Inferior de uma Placa Aquecida ou Superfície Superior de
uma Placa Resfriada
Onde o comprimento característico é definido como:
Placas Horizontais
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
EXEMPLO 9.3
Um escoamento de ar através de um longo duto retangular de aquecimento, com 0,75 m de largura
por 0,3 m de altura, mantém a superfície externa do duto a uma temperatura de 45°C. Se o duto não
tem isolamento térmico e está exposto ao ar a 15°C no porão de uma casa, qual é a taxa de perda
térmica no duto por metro de comprimento?
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
SOLUÇÃO
Dados:Temperatura na superfície de um longo duto retangular.
Achar:Taxa de perda térmica no duto por metro de comprimento.
Esquema:
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
Considerações:
1. Ar ambiente quiescente.
2. Efeitos da radiação nas superfícies desprezíveis.
3. Gás ideal.
4. Propriedades constantes.
Propriedades:Tabela A.4, ar (Tf = 303 K): v = 16,2 × 10–6 m2/s, α = 22,9 × 10–6 m2/s, k = 0,0265
W/(m · K), b = 0,0033 K–1, Pr = 0,71.
Análise: A perda térmica pela superfície se dá por convecção natural nas laterais verticais e nas
superfícies horizontais superior e inferior. Da Equação 9.25
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
Para as duas laterais, L = H = 0,3 m. Assim, RaL = 7,07 × 107. A camada-limite de convecção natural
é, portanto, laminar, e da Equação 9.27
O coeficiente de transferência de calor por convecção associado às laterais é, então,
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
Para as superfícies superior e inferior, L = (As/P) ≈ (w/2) = 0,375 m. Assim, RaL = 1,38 × 108, e a
partir das Equações 9.31 e 9.32, respectivamente,
A taxa de perda térmica por unidade de comprimento do duto é, então,
CONVECÇÃO NATURAL (CAP. 9)
Sugestões de Exercícios de Estudo para a Avaliação 3 referente ao Capítulo 9
9.8, 9.13, 9.23, 9.36, 9,45, 9.54, 9.59

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