Experimento 12 - Convecção Forçada
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Experimento 12 - Convecção Forçada

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE CONVECTIVO EM 
REGIME PERMANENTE E TRANSIENTE EM UM 
ESCOAMENTO CRUZANDO UM CILINDRO 
 
BIANCA OLIVEIRA MEDEIROS 
FERNANDA CARVALHO SANTOS 
JOÃO VÍCTOR MAIA LEITE GARRIDO 
JULIANE ARAUJO DE CARVALHO 
RAQUEL ESTEVEZ ROCHA 
 
 
 
SÃO CRISTÓVÃO 
2019
2 
 
BIANCA OLIVEIRA MEDEIROS 
FERNANDA CARVALHO SANTOS 
JOÃO VÍCTOR MAIA LEITE GARRIDO 
JULIANE ARAUJO DE CARVALHO 
RAQUEL ESTEVEZ ROCHA 
 
 
 
 
 
DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE CONVECTIVO 
EM REGIME PERMANENTE E TRANSIENTE EM UM 
ESCOAMENTO CRUZANDO UM CILINDRO 
 
Relatório para a disciplina de Laboratório 
de Fenômenos de Transporte da turma 01 
do curso de Engenharia Química no 
período 2018.2. 
PROFª. DR. MANOEL PRADO. 
 
 
SÃO CRISTÓVÃO 
2019 
3 
 
Resumo: 
A transferência de calor tem como sua força motriz o gradiente de temperatura e 
se dá por três mecanismos: condução, convecção e radiação. A transferência de calor por 
convecção pode ser classificada segundo a natureza do escoamento do fluido, é chamado 
de convecção forçada quando o escoamento do fluido é causado por um meio externo, tal 
como bombas e sopradores. Diversas são as aplicações da transferência de calor por 
convecção forçada, entre elas pode-se citar o uso de fluídos refrigerantes em 
equipamentos eletrônicos visando sua segurança e manutenção através da remoção de 
calor e na indústria de alimentos durante a fritura de muitos alimentos e a necessidade do 
conhecimento do coeficiente de convecção forçada para que seja preservada a qualidade 
dos alimentos durante o processo. Dessa forma foi objetivo desse estudo a determinação 
dos coeficientes de transferência de calor do escoamento cruzado de ar em um cilindro 
assim como o valor desses coeficientes com correlações encontradas na literatura, a fim 
de comparar os dois resultados obtidos. Para a análise no regime permanente os 
coeficientes médios obtidos para as velocidades nominais de 1,3 m/s; 3,2 m/s e 4,7 m/s 
foram respectivamente: 42,25 W/m2.K ; 61,29 W/m2.K e 71,84 W/m2.K. Em Comparação 
com os coeficientes calculados através de correlações obteve-se um erro relativo de 44% 
a 63%. Através de um ajuste não-linear pode-se obter os valores dos coeficientes 
convectivos para o regime transiente, estes são: 21,59 W/m2.K; 33,51 W/m2.K e 37,51, 
para as respectivas velocidades nominais: 1,3 m/s; 3,2 m/s e 4,7 m/s. 
Palavras-chaves: Coeficiente convectivo, transferência de calor, escoamento 
cruzado, cilindro, regime permanente, regime transiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 \u2013 Constantes C e m para cada faixa de Re para a correlação de Zhukauskas.......16 
Tabela 2 \u2013 Velocidade Nominal média obtida nos quatro quadrantes............................ 20 
Tabela 3 - Dados da temperatura do cilindro em diferentes posições, da temperatura da 
corrente de ar no regime permanente, da média das temperaturas e da temperatura do 
filme, para velocidade nominal média de 1,3 m/s...........................................................21 
Tabela 4 -Dados da temperatura do cilindro em diferentes posições, da temperatura da 
corrente de ar no regime permanente, da média das temperaturas e da temperatura do 
filme, para velocidade nominal média de 3,2 m/s........................................................... 22 
Tabela 5 - Dados da temperatura do cilindro em diferentes posições, da temperatura da 
corrente de ar no regime permanente, da média das temperaturas e da temperatura do 
filme, para velocidade nominal média de 4,7 m/s............................................................22 
Tabela 6 \u2013 Dados de voltagem e amperagem do sistema, com os valores de potência 
fornecido para cada velocidade média..............................................................................23 
Tabela 7 \u2013 Dados para o cálculo do coeficiente médio convectivo, para cada velocidade 
média............................................................................................................................... 24 
Tabela 8 -.Dados de Temperatura do filme média, a densidade (\u3c1), condutividade térmica 
(k), difusividade térmica (\u3b1), viscosidade dinâmica (\u3bc), viscosidade cinemática (\u3bd) e 
número de Prandtl (Pr), para cada velocidade média. Propriedades do ar a 1 atm............26 
Tabela 9- Dados dos adimensionais Re e Nu, cada para velocidade média......................27 
Tabela 10- Dados para cálculo do coeficiente convectivo pela correlação de Churchill-
Bernstein e validade........................................................................................................ 28 
Tabela 11- Dados para cálculo do coeficiente convectivo pela correlação de Whitaker e 
validade............................................................................................................................28 
Tabela 12- Dados obtidos no cálculo do coeficiente convectivo pela correlação de 
Whitaker e critério de validade.........................................................................................29 
Tabela 13- Resultados para Nu e coeficiente convectivo para cada velocidade nominal, 
encontrados pela correlação Zhukauskas.........................................................................30 
Tabela 14- Erros relativos porcentuais entre os valores de coeficiente convectivos, obtidos 
nas correlações e no comparando com o experimento......................................................30 
Tabela 15 \u2013 Propriedades físicas do alumínio a 300 K (Çengel & Ghajar, 2012)............31 
Tabela 16 \u2013 Diâmetro, comprimento, volume e área específica do corpo cilíndrico.........32 
5 
 
Tabela 17 \u2013 Dados experimentais de temperatura colhidos em regime transiente para cada 
velocidade média nominal do soprador axial....................................................................32 
Tabela 18 \u2013 Dados experimentais utilizados para plotagem dos gráficos para cada 
velocidade média nominal do soprador axial....................................................................35 
Tabela 19 \u2013 Parâmetro \u201ca\u201d, coeficiente de correlação e de convecção encontrados para 
cada velocidade nominal do ar.........................................................................................38 
Tabela 20 \u2013 Valores de capacidade calorífica para o alumínio. (Çengel & Ghajar, 
2012)................................................................................................................................40 
Tabela 21 \u2013 Número de Biot calculado para diferentes coeficientes de convecção 
encontrados a partir do ajuste...........................................................................................41 
Tabela 22 \u2013 Fluxos convectivo, radiativo e total referente a cada velocidade e influência 
do fluxo radiativo no fluxo total.......................................................................................42 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 \u2013 Formação e separação da camada-limite sobre um cilindro circular em 
escoamento cruzado (Fonte: Incropera & DeWitt, 2011)................................................11 
Figura 2 - Coeficiente médio de arrasto para escoamento cruzado sobre um cilindro 
circular liso e uma esfera lisa (Fonte: Çengel & Ghajar, 2012)........................................12 
Figura 3 - Variação do coeficiente local de transferência de calor ao longo da 
circunferência de um cilindro circular para escoamento cruzado de ar (Fonte: Çengel & 
Ghajar, 2012)...................................................................................................................13