TA 733 A – Operações Unitárias II

Transferência de Calor

Aula 02

Review

Modos de Transferência de Calor (Conceitos): Condução, Convecção e Radiação

Importâncias e Aplicações Propriedade: Condutividade Térmica

Review

Modos de Transferência de Calor (Conceitos):

Existência de T: Condução: Através de um meio (Sólido, Líquido); Convecção: Entre superfície e fluido em

movimento (forçado ou natural); Radiação: Entre duas superfícies (sem meio de

transmissão)

Condução – Lei de Fourier

dx

dTkqx

:

mK

Km

W

m

W

.2

Fluxo de calor

Propriedade do material para facilitação do transferência

Gradiente =

Potencial

Transferência da Maior temperatura para

menor

Condução

T1

T2

L mm

K = W/m.K

q = ?

x

dx

dTkqx

x1 x2

L

TTkqx

12

Isolamento de uma câmara refrigerada

-18 ° C 28 °C

200 mm

K = 0,027 W/m.K

Q’’x = ? [ W/m2 ]Q’x = ? [ W ]

3,0 m x 5,0 m

Convecção – Lei de Newton

Dependência da velocidade do fluido:•Convecção Forçada•Convecção Natural (Forças de empuxo, entre diferenças de densidade do fluido

Troca de calor sensível: Forçada e Natural

Troca de calor latente: Natural (EBULIÇÃO E CONDENSAÇÃO)

Lei de Resfriamento de Newton

KKm

W

m

W

TThq SCONV

.

)(

22

''

Ta

T1

h = Dependência : - da geometria da superfície - natureza do movimento do fluido

Coefic. de Transf. de calor por convecção

Ordem de grandeza de “ h ”

W / m2.K

Natural

Gases 2 - 25

Líquido 50 – 1.000

Forçada

Gases 25 – 250

Líquido 100 – 20.000

Lei de Resfriamento de Newton

)(

)(

222

111

b

a

TThq

TThq

Ta

T1

T2 Tb

h = coeficiente de transferência de calor

Múltiplos MateriaisTem

pera

tura

, T

Distância, x

HwTa

T0 T1

T2 T3Tb

x0 x1 x2 x3

k01 k12 k23

Resistência por contato

Valores de resistência por contato

Radiação

-Radiação eletromagnética (fotons) emitida porqualquer material com T > 0,0 K.-O meio interfere na transmissão (vácuo é eficiente)

4.. STE Poder emissivo

Emissividade (0<= <=1)

Cte. de Stefan Boltzman 5,67.10-8 W/m2.K4)

Temperatura Absoluta (K)

Transferência de calor por Radiação:

4422

44''

.

)(

KKm

W

m

W

TTq VIZSRAD

Tviz

Ts

q’’rad q’’conv

KKm

W

m

W

TThq VIZSrRAD

.

)(

22

''

EXEMPLO:T.C. por Radiação e Convecção:

4422

44''

.

)(

KKm

W

m

W

TTq VIZSRAD

TS = 200C

TVIZ = Tamb= 25C

hconv = 15 W/m2K

D=0,07 m=0,8

KKm

W

m

W

TThq SCONV

.

)(

22

''

L= 1,0 m

EXEMPLO:T.C. por Radiação e Convecção:

''''''RADCONVTOTAL qqq

)( 44''VIZSRAD TTq

)('' TThq SCONV +''

TOTALq

Wattq RADCONVTOTAL 998421577'

Relação: Termodinâmica X T.C.

Termodinâmica: Balanço de Energia

Transferência de Calor: Quantificação de taxas de transferência

'''..SAÍDAGERADAENTRA

CV EEEdt

dE

Regime permanente: '''GERADAENTRASAÍDAEEE

Relação: Termodinâmica X T.C.

Termodinâmica: Balanço de Energia

'''..SAÍDAGERADAENTRA

CV EEEdt

dE

0

.....

dt

TcVd

dt

dE pCV

Regime Transiente:

EXEMPLO:Balanço de Energia Transiente com T.C.

por Radiação e Convecção:

'''..SAÍDAGERADAENTRA

CV EEEdt

dE

TS =??C

TVIZ = Tamb= 27C

hconv = 100 W/m2K

D=0,001 m=0,8L= 1,0 mResist = 0,4 =5,67.10-8 W/m2K4

2' .iRqGERADA E’GERADA:

)( 44'VIZSRAD TTAq

)(' TTAhq SCONVE’SAÍDA:

EXEMPLO:Balanço de Energia Transiente com T.C.

por Radiação e Convecção:

i [A]

Ts

25

60

5,2

h=100 W/m2K

h=250 W/m2K

8,1

Metodologia de Resolução

1) DADOS: Conhecimento do Problema2) ACHAR: Variável procurada;3) ESQUEMA: Esquema físico = correntes, V.C.,

informações das variáveis;4) HIPÓTESE: Regime de operação

(Permamente/Transiente);5) PROPRIEDADES: Busca dos valores das propriedades;6) ANÁLISE: Lei da Conservação, Lei de Fourier,

Newton....;7) COMENTÁRIOS: Extrapolação ou sensibilidade das

variáveis