Transferência de Calor

Prof. Dr. Gabriel L. Tacchi Nascimento

A ementa

INTRODUÇÃO À TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA

CONDUÇÃO Condução unidimensional em regime estacionário. Condução em regime transiente.

CONVECÇÃO Introdução à convecção. Convecção no escoamento externo. Convecção no escoamento interno.

RADIAÇÃO TÉRMICA

Objetivos de aprendizagem

1. Apresentar a transferência de calor, sua relevância e relação com a Termodinâmica.

2. Fornecer o embasamento teórico sobre os mecanismos da transferência de calor por condução, convecção e radiação, permitindo sua aplicação no estudo, análise e projeto de equipamentos e processos industriais, nos quais estejam presentes.

3. Apresentar técnicas e métodos aplicados à solução de problemas envolvendo transferência de calor.

4. Identificar os mecanismos de transferência de calor presentes em a equipamentos térmicos e processos industriais.

5. Utilizar modelos matemáticos com solução analítica para análise de situações reais.

6. Interpretar dados experimentais e apresentá-los na forma de equações, gráficos, tabelas e análises estatísticas em relatórios de aulas práticas de laboratório.

7. Desenvolver habilidade na realização de atividades em equipe.

NOVO SISTEMA DE AVALIAÇÃO

FIQUEM ATENTOS!...

Os cursos das áreas de Engenharias e CST terão o seguinte sistema de Avaliação:

1ª. Bimestral = 10 pontos2ª. Bimestral = 10 pontos

Notal Final = 1ª.Bimestral + 2ª. Bimestral2

E ainda:Exame Final (antiga suplementar)Segunda Chamada

Sistema de avaliação

As médias bimestrais do 1o e 2o bimestres serão compostaspor:

Oficial – Esta Avaliação Individual deverá ser composta dequestões objetivas e descritivas, com resultados avaliados de0 (zero) a 10 (dez), compondo 70% (setenta por cento) dovalor da nota bimestral.

Parcial – A(s) avaliação(ões) parcial(is) será(ão) composta(s)por prova(s), teste(s), simulações, exercícios, aulas práticasetc (Nosso Trabalho em Equipe). O resultado da avaliaçãoparcial deverá ser de 0 (zero) a 10 (dez), compondo 30%(trinta por cento) da nota bimestral.

Sistema de avaliação

1ª. Bimestral = [(1ª. Oficial x 0,7) + (1ª. Parcial x 0,3)]

2ª. Bimestral = [(2ª. Oficial x 0,7) + (2ª. Parcial x 0,3)]

1) Será considerado APROVADO o acadêmico que obtiver nota igual ou superior a 6 (seis inteiros);2) Será considerado REPROVADO o acadêmico que obtiver nota inferior a 4 (quatro inteiros);3) O acadêmico que atingir nota maior ou igual a 4 (quatro inteiros) e menor do que 6 (seis inteiros) tem direito a submeter-se ao EXAME FINAL.

Notal Final = 1ª.Bimestral + 2ª. Bimestral2

Sistema de avaliação

A nota do EXAME FINAL formará média aritmética conforme fórmula abaixo:

Média = (Média das notas do 1º e 2º. Bimestre) + (Nota do Exame Final)2

Será considerado APROVADO o acadêmico que, submetendo-se a EXAME FINAL, obtiver média aritmética maior ou igual a 6(seis inteiros) entre a média final (média das avaliaçõesbimestrais e semestral(ais) e do exame final;

Sistema de avaliação

Observações:1) Todas as médias serão apuradas até a decimal. Arredondam-se à casa decimal imediatamente inferior as médias com centesimal inferior a 5 (cinco) e à imediatamente superior, as com centesimal igual ou superior a 5 (cinco);

2) Segunda Chamada – Quando houver motivo justo, o aluno terá o direito de solicitar a realização de segunda chamada, ficando a mesma assim disciplinada:

- Em cada disciplina será realizada somente uma avaliação de segunda chamada por semestre letivo, de caráter cumulativo;- Tendo o aluno faltado às duas avaliações oficiais do semestre, ao fazer a segunda chamada terá sua nota atribuída ao 2o bimestre, ficando com 0 (zero) na avaliação oficial do 1º. Bimestre.

Sistema de avaliação

Bibliografia Básica

TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA

Autor: YUNUS A. CENGEL Editora: MCGRAW-HILL

BRASIL Edição: 3ª (2009)

Bibliografia Básica

Fundamentos de transferência de calor e de massa

Autor: DAVID P. DEWITT & FRANK P. INCROPERA

Editora: LTC Edição: 5ª (2002)

6ª (2008)

Bibliografia Básica

PRINCÍPIOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR.

Autor: KREITH, Frank; BOHN, Mark S.

Editora: Pioneira Thomson Learning

Edição: 6ª (2003)

Como serão as avaliações

Parciais Ao final de cada aula será aplicado um exercício

individual com consulta que valerá 10 pontos. Em dias específicos pelo professor serão

aplicados exercícios em grupo valendo 10 pontos.

Será realizada a média dos pontos obtidos, para o lançamento final

Oficiais São sempre questões abertas

Como serão as avaliações

Todas as questões estão relacionadas a teoria e prática

Respostas diretas para os questionamentos

Objetividade e foco

Questões sempre abertas

Cálculos, quando necessários, devem ser apresentados

A matéria é acumulativa pela sua própria natureza

Siga as instruções

Como estudar

1) Pergunte e questione as suas dúvidas ao professor

2) Estude e revise as aulas anteriores antes de serem ministradas novas aulas

3) Procure e pesquise sobre o assunto na biblioteca e internet

4) Use o e-mail para conversar com o professor

5) Dificuldades => Converse com o professor

Contatos

Definições

Universo – tudo que existe Sistema Termodinâmico - região do espaço

delimitada fisicamente por superfícies geométricas arbitrárias reais ou imaginárias, que podem ser fixas ou móveis. Dentro dos seus limites, o sistema deverá estar cheio de matéria.

Arredores (Vizinhança) - tudo o que é externo ao sistema termodinâmico

Tipos de sistemas termodinâmicos

Sistema fechado - composto por uma quantidade de matéria com massa e identidade fixas; apenas calor e trabalho podem cruzar a fronteira do sistema.

Sistema aberto - massa, assim como calor e trabalho, pode atravessar a superfície de controle.

Regimes dos sistemas

Estado Estacionário (“steady state”) ou em Regime Permanente Se os valores de todas as variáveis de um processo

(todas as temperaturas, pressões, vazões, etc.) não se alteram com o tempo (a menos de pequenas flutuações) o processo é dito operar em estado estacionário ou regime permanente.

Estado Não Estacionário ou Regime Transiente São aqueles processos onde ocorrem alterações dos

valores das variáveis de processo com o tempo.

Regimes dos sistemas

T1 T2

ENTRA = SAI

Regimes dos sistemas

T1 T2

ENTRA < SAI

Regimes dos sistemas

T1 T2

ENTRA > SAI

Acúmulo

Natural de um regime transiente. Pode ser: Massa Calor

Se não há acúmulo, o regime é permanente

Volume de controle

Volume de controle é um volume arbitrário no espaço, através do qual um fluido escoa. O seu contorno geométrico é chamado de superfície de controle.

Calor

Definição

Calor é energia térmica em trânsito motivada por uma diferença de temperatura, sendo sempre transferida do meio mais quente para o meio mais frio.

Termodinâmica

Trata de sistemas em equilíbrios Pode ser utilizada para calcular a quantidade

de calor necessária para que um sistema passe de um estado de equilíbrio estável para outro

Não pode prever a rapidez com que essa mudança irá ocorrer

Termodinâmica

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Lei da conservação da energia: estabelece que a

energia não pode ser criada, nem destruída durante um processo; pode apenas mudar de forma.

SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA A entropia do universo tende a aumentar. Trabalho e calor não possuem a mesma

natureza.

Transferência de Calor

É a energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura

Trata com a determinação da taxa de energia que pode ser transferido de um sistema para outro, como resultado dessa diferença de temperatura.

A TC é por essência um processo de não equilíbrio.

Todos os modos de transferência requerem da existência de uma diferença de temperatura.

Em todos os casos, a transferência ocorre de altas temperaturas a baixas temperaturas.

Transmissão de Calor

Tipos de Transmissão: Condução Lei de Fourier, Convecção Lei de resfriamento de Newton, Radiação Lei de Stefan–Boltzmann.

Condução

Condução térmica É a propagação de calor em que a energia térmica passa de partícula para partícula, sem transporte de matéria. Ocorre principalmente nos metais (condutores térmicos).

Condução

Condução existem em sólidos, líquidos e gases Em gases e líquidos a condução é devida

às colisões e difusões de moléculas durante seu movimento randômico.

Em sólidos a condução é devida à combinação de vibrações das moléculas e a energia transportada por elétrons livres.

elétronsFLUIDOS

Convecção

Convecção = Condução + Advecção(movimento de fluido)

Convecção é o modo de transferência de energia entre uma superfície sólida e o fluido adjacente.

Convecção é classificada em sub-modos: Convecção forçada, Convecção natural (ou livre)

Convecção natural em óleo

Convecção natural

Água no fogo.A água quente na parte inferior,menos densa, sobe, enquanto a água friana parte superior, mais densa, desce.Esse movimento de água quente eágua fria, chamado de corrente deconvecção, faz com que a água seaqueça como um todo.

Exemplo: Brisa litorânea: De dia, o ar junto à areia se aquecee, por ser menos denso, sobe e é substituído pelo ar frio queestava sobre a água. Assim, forma-se a brisa que sobra do marpara a terra, a brisa marítima.

À noite, o ar junto à água, agora mais aquecido, sobe e ésubstituído pelo ar frio que estava sobre a areia. Assim, forma-se a brisa que sopra da terra para o mar, a brisa terrestre.

Convecção forçada

Exemplo: Ar condicionado.Para facilitar o resfriamento de umasala, o condicionador de ar deve sercolocado na parte superior da mesma.Assim, o ar frio lançado, mais denso,desde, enquanto o ar quente na parteinferior, menos denso, sobe (correntede convecção).

Convecção forçadaExemplo: Geladeira.Para facilitar o resfriamento da geladeira,o congelador deve ser colocado na partesuperior da mesma. Assim, o ar friopróximo ao congelador, mais denso, desce,enquanto o ar quente na parte inferior, menosdenso, sobe (corrente de convecção).

Radiação: É a propagação de calor através de ondas eletromagnéticas, principalmente os raios infravermelhos (chamados de ondas de calor). Ocorre inclusive no vácuo.

Exemplo: A estufa de plantas é feita de vidro, que étransparente à energia radiante do Sol e opaco às ondas decalor emitidas pelos objetos dentro da estufa. Assim, o interiorda estufa se mantém a uma temperatura maior do que oexterior.

Exemplo: Na atmosfera terrestre também ocorre o efeito estufa. O gáscarbônico (CO2) e os vapores de água presentes no ar funcionam como ovidro: são transparentes à energia radiante que vem do Sol, mas opacos àsondas de calor emitidas pela Terra. Em virtude do aumento considerável deveículos, indústrias e fontes poluidoras em geral, os níveis de gás carbônico eoutros gases têm aumentado na atmosfera terrestre. Isso já provocou umaumento na temperatura média da Terra de 1°C, e previsões para umaumento de 1,8°C a 4°C para os próximos 50 anos.

GARRAFA TÉRMICA:A garrafa térmica tem por finalidade evitar as

propagações de calor. Ela é constituída por uma ampola devidro com faces espelhadas (as faces espelhadas evitam airradiação). A ampola tem parede dupla de vidro com vácuoentre elas (o vácuo evita a condução e a convecção).Externamente, uma camada de plástico protege a ampola.

Condução

Ocorre em sólidos, líquidos e gases em repouso.

xq 1 2

xA T T

qL

Condução

Ocorre em sólidos, líquidos e gases em repouso.

Associação da transferência de calor por condução à difusão de energia devido à atividade molecular

Condução

Lei de Fourier

xdTdAkqx

onde:

q – Taxa de calor [W]

k – Condutividade Térmica [W/mo C]

A – Área [m2]

dT/dx – Gradiente de temperatura [oC/m]

Condução

Condutividade térmica

Condutividade térmica

Condução

Exemplo:A parede da fornalha de uma caldeira é construída de tijolosrefratários com 0,20m de espessura e condutividadetérmica de 1,3 W/mK. A temperatura da parede interna é de1127oC e a temperatura da parede externa é de 827oC.Determinar a taxa de calor perdido através de uma paredecom 1,8m por 2,0 m.

20,0

82711276,3.3,1q

xTTAkq ei

Dados: Solução

x = 0,20 mk = 1,3 [W/moC]Ti = 1127 oCTe = 827 oCA = 1,8.2,0 = 3,6 m2

W7020q

Condução