Aula 1 e 2_TransCal

TRANSFERNCIA DE CALOR

Aula 1 Introduo Transferncia

Prof. Aline Simoura

09/03/15

Aula 1 Introduo Transferncia de Calor

BIBLIOGRAFIA BSICA

Fundamentos de Transferncia de Calor e de Massa(INCROPERA);


Fundaments head and mass transfer (WELTY).

2

AVALIAO

Provas: P1 Data (24/04/15) P2 Data (29/05/15) P3 Data (29/06/15) Listas 1 ponto na mdia


Listas 1 ponto na mdia

NF = 0,3*P1 + 0,3*P2 + 0,3*P3 + (Listas)

COLA: 01 folha A4, com equaes/fatores de converso deunidades escritos caneta, contendo nome e nmero dematrcula. NO pode conter textos sobre o contedo.

3

Aula 1 Introduo Transferncia de Calor


Transferncia de Calor

4

DefiniesO que a energia trmica? A energia trmica esta associada com a rotao, translao,

vibrao e estados eletrnicos dos tomos e molculas que compreende a matria;

Ela representa o efeito cumulativo de atividadesmicroscpicas e est diretamente relacionada com a


microscpicas e est diretamente relacionada com atemperatura da matria.

Transferncia de Calor (ou Calor) energia em trnsitodevido a uma diferena de temperatura. Sempre que existiruma diferena de temperatura em um meio ou entre meiosocorrer transferncia de calor.

Exemplo: Dois corpos a diferentes temperaturas colocados em 5

Exemplo: Dois corpos a diferentes temperaturas colocadosem contato direto:


6

Figura 1: Transferncia de Calor entre dois corpos em contato direto.

Os diferentes processos de transferncia de calor soreferidos como mecanismos de transferncia de calor.Existem trs mecanismos, que podem ser reconhecidosassim:

1) Quando a transferncia de energia ocorrer em um meioestacionrio, que pode ser um slido ou um fluido, em virtudede um gradiente de temperatura, usamos o termo


de um gradiente de temperatura, usamos o termotransferncia de calor por conduo.

7

Figura 2: Transferncia deCalor por Conduo.

T1 > T2.

2) Quando a transferncia de energia ocorrer entre umasuperfcie e um fluido em movimento em virtude da diferenade temperatura entre eles, usamos o termo transferncia decalor por conveco.


8

Figura 3: Transfernciade Calor por Conveco.

3) Quando, na ausncia de um meio interveniente, existe umatroca lquida de energia (emitida na forma de ondaseletromagnticas) entre duas superfcies a diferentestemperaturas, usamos o termo radiao.


9

Figura 4: Transfernciade Calor por Radiao.


10

Figura 5: Mecanismos de Transferncia de Calor.

BALANO ENERGTICOTRANSFERNCIA DE CALOR

11

Figura 6: Variao de Energia para um volume de controle.

Ear energia armazenada

CONSERVAO DE ENERGIA:PRIMEIRA LEI DA TERMODINMICA

O aumento da quantidade de energia acumulada em umvolume de controle de ser igual a quantidade de energia queentra no volume de controle menos a quantidade de energiaque deixa o volume de controle.


Sendo:

12

Figura 7: Variao de Energia para um volume de controle.

Para um sistema aberto:


Figura 8: Variao de

13

Figura 8: Variao deEnergia para um sistemaaberto.

Exemplo 1:


14

Resoluo:


15

Resoluo:


16

Aula 2 Transferncia de Calor por Conduo


por Conduo

17

Conduo A conduo pode se definida como o processo pelo qual aenergia transferida de uma regio de alta temperatura paraoutra de temperatura mais baixa dentro de um meio (slido,lquido ou gasoso) ou entre meios diferentes em contatodireto;


Este mecanismo pode ser visualizado como atransferncia de energia de partculas mais energticaspara partculas menos energticas de uma substncia devidoa interaes entre elas;

18

Considerando, como exemplo, um gs submetido a umadiferena de temperatura, teremos:


T1 > T2

Figura 9: Transferncia de

A equao de taxa para a transferncia de calor porconduo dada pela Lei de Fourier:

19

Figura 9: Transferncia decalor por conduo difuso de energia.

Sendo:


Consideraoes: Unidimensional,conduo estacionria atravs daparede e condutividade trmica

20

Figura 10: Conduo unidirecional.

parede e condutividade trmicaconstante.

Sendo:

Reconhecendo o fluxo trmico como uma grandeza vetorial,teremos que:


21

A Lei de Fourier estabelece que o calor transferido porconduo (q) diretamente proporcional a rea (A), acondutividade trmica do material (k) e a diferena detemperatura (T=T1-T2); e inversamente proporcional aocomprimento (ou espessura) do material (L).


22

Condutividade Trmica (k): classificada como um propriedade de transporte efornece uma indicao da taxa na qual a energia transferidapelo processo de difuso; A condutividade trmica alta em metais (20 700 W/m K)devido j que os eltrons podem se movimentar livremente; Os materiais slidos no metlicos no permitem o


Os materiais slidos no metlicos no permitem omovimento de eltrons, simplesmente a vibrao molecular,isto faz com que sua condutividade trmica esteja entre 0,5 e30 W/m K; Isolantes trmicos, como o poliestireno expandido (isopor),so compostos de materiais de baixa condutividade trmica(~ 0,04 W/m K), devido quantidade de ar incorporado naestrutura interna.

23

TRANSFERNCIA DE CALORTabela 1 Exemplos de valores de condutividade trmica para alguns materiais, a 300 K (engel, 2003; Holman, 2002; Incropera, de Witt, 2002).

24

TRANSFERNCIA DE CALORA variao da condutividade trmica (no S.I.) com atemperatura.

25


Exemplo 1: Obter a equao para o fluxo de calor em umaparede plana na qual a condutividade trmica (k) varia com atemperatura de acordo com a seguinte funo : k = a + b.T .

26

Difusividade Trmica ():

Ela mede a capacidade do material de conduzir energiatrmica em relao sua capacidade de armazen-la.


27

Exemplo 2:

1) Um equipamento condicionador de ar deve manter umasala, de 15 m de comprimento, 6 m de largura e 3 m dealtura a 22 C. As paredes da sala, de 25 cm deespessura, so feitas de tijolos com condutividade trmicade 0,14 Kcal/h.m.C e a rea das janelas podem serconsideradas desprezveis. A face externa das paredespode estar at a 40 C em um dia de vero. Desprezando


pode estar at a 40 C em um dia de vero. Desprezandoa troca de calor pelo piso e pelo teto, que esto bemisolados, pede-se o calor a ser extrado da sala pelocondicionador (em HP).OBS : 1 HP = 641,2 Kcal/h

28

Resoluo:TRANSFERNCIA DE CALOR

29

Para o clculo da rea de transferncia de calor desprezamosas reas do teto e piso, onde a transferncia de calor desprezvel. Desconsiderando a influncia das janelas, a readas paredes da sala :

Exemplo 3:2) A parede de um forno industrial construda em tijolorefratrio com 0,15 m de espessura, cuja condutividadetrmica de 1,7 W/(m.K). Medidas efetuadas ao longo daoperao em regime estacionrio revelam temperaturas de1400 e 1150 K nas paredes interna e externa,respectivamente. Qual a taxa de calor perdida atravs deuma parede que mede 0,5 m por 1,2 m?


30

ANALOGIA ENTRE RESISTNCIA TRMICA E RESISTNCIA ELTRICA

As condies de regime permanente permitem estabeleceruma anloga entre a difuso de calor e a carga eltrica.Assim como uma resistncia eltrica associada com umaconduo de eletricidade, uma resistncia trmica pode serassociada com uma conduo de calor.


associada com uma conduo de calor.

31

Potencial que causa a transferncia de calor

resistncia trmica que a parede oferece transferncia de calor


32

Figura 10: Analogia Eltrico-trmica.

As regras para calcular resistncias trmicas equivalentesso as mesmas para somar resistncias eltricas em srie eem paralelo.


33Figura 11: Clculo da Resistncia Equivalente.

As regras para calcular resistncias trmicas equivalentesso as mesmas para somar resistncias eltricas em srie eem paralelo.


34Figura 11: Clculo da Resistncia Equivalente.

Exemplo 4:Uma parede de um forno constituda de duas camadas :0,20 m de tijolo refratrio (k=1,2 kcal/h.m.C) e 0,13 m detijolo isolante (k=0,15 kcal/h.m.C). A temperatura dasuperfcie interna do refratrio 1675 C e a temperatura dasuperfcie externa do isolante 145 C. Desprezando aresistncia trmica das juntas de argamassa, calcule :


a) o calor perdido por unidade de tempo e por m2 de parede;b) a temperatura da interface refratrio/isolante.

35


36

Exemplo 5: Calcular o fluxo de calor na parede compostaabaixo.


37


38


Lista 1

Livro Incropera, 6 Edio

Captulo 1: 1.1 ao 1.10. Captulo 2: 2.5, 2.8 e 2.14.

39

Documents

Aula 1 e 2_TransCal