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04/06/2016 1 Transferência de Calor Condução e Convecção de Calor Material adaptado da Profª Tânia R. de Souza de 2014/1.

Transferência de Calor - Página Inicial - Rodolfo Rodriguesrodolfo.chengineer.com/data/uploads/ba200_aula11.pdf04/06/2016 2 Convecção de Calor O calor transferido por convecção,

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    Transferncia de CalorConduo e Conveco de Calor

    Material adaptado da Prof Tnia R. de Souza de 2014/1.

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    Conveco de Calor

    O calor transferido por conveco, na unidade de tempo, entreuma superfcie e um fluido, pode ser calculado atravs da relaoproposta por Newton:

    Onde: q = fluxo de calor transferido por conveco (kcal/h);A = rea de transferncia de calor (m2);T = diferena de temperatura entre a superfcie Ts e a dofluido em um local bastante afastado da superfcie T (

    oC).h = coeficiente de transferncia de calor por conveco oucoeficiente de pelcula (Sistema ingls Btu/(h.ft.F) ouSistema internacional W/(m.K) ou Sistema mtrico kcal/(h.m.C)).

    Conveco de Calor

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    Determinao do Coeficiente de Pelcula (h)

    O coeficiente h uma funo complexa de uma srie de variveis relacionadascom as seguintes caractersticas:1. Dimenso Caracterstica (L): a dimenso que domina o fenmeno daconveco. Ex: dimetro de um tubo, altura de uma placa, etc.

    2. Propriedades Fsicas do Fluido (, , cp, k , ) : viscosidade dinmica do fluido; : densidade do fluido;cp : calor especfico do fluido;k : condutividade trmica do fluido; : coeficiente de expanso volumtrica

    3. Estado de Movimento do Fluido (v, g, T )v : velocidade do fluido;g : acelerao da gravidade;T : diferena de temperatura entre a superfcie e o fluido

    Logo, h uma funo do tipo :

    h = f(D, , , cp, k, , v, g, T)

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    Conveco de Calor

    Nu = f (Re, Pr)

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    Conveco de Calor

    Nu = f (Gr, Pr)

    Conveco de Calor

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    Conduo e Conveco de Calor Combinadas

    Conduo e Conveco de Calor Combinadas

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    Mecanismos combinados de Conduo e

    Conveco de Calor

    Consideremos uma parede plana situada entre dois fluidos adiferentes temperaturas. Se as temperaturas T1 e T4 dos fluidos soconstantes, ser estabelecido um fluxo de calor nico e constanteatravs da parede (regime permanente). Um bom exemplo destasituao o fluxo de calor gerado pela combusto dentro de umforno, que atravessa a parede por conduo e se dissipa no aratmosfrico.

    Mecanismos combinados de Conduo e

    Conveco de Calor

    Utilizando a equao de Newton e a equao de Fourier, podemosobter as seguintes equaes para o fluxo de calor transferido peloforno:

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    Mecanismos combinados de Conduo e

    Conveco de Calor

    Exerccio Resolvido 1

    Em um componente eletrnico tipo placa plana, com dimenses de150mm x 100mm x 1mm, eletricamente aquecido, sabe-se que a mximatemperatura permissvel no centro da placa de 135C. Para este casoespecfico o nmero de Grashof 2,2 x 107 e o nmero de Prandt 0,7.Sabendo que a equao emprica, obtida com o auxlio da anlisedimensional, que descreve a conveco natural (regime laminar) emuma placa plana dada pela equao:

    Calcular o fluxo de calor transferido por conveco, por ambos lados daplaca, para o ar atmosfrico a 25C (kar = 0,026 kcal/(h.m.C)).

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    Exerccio Resolvido 1

    kcal/(h.m.C)

    kcal/h

    Associao de Paredes Planas em Srie

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    Associao de Paredes Planas em Srie

    Exerccio Resolvido 2

    Uma parede de um forno constituda de duas camadas: 0,20 m de tijolorefratrio (k=1,2 kcal/(h.m.C)) e 0,13 m de tijolo isolante (k=0,15kcal/(h.m.C)). A temperatura dos gases dentro do forno 1700C e ocoeficiente de pelcula na parede interna 58 kcal/(h.m.C). Atemperatura ambiente 27 C e o coeficiente de pelcula na paredeexterna 12,5 kcal/(h.m.C). Desprezando a resistncia trmica dasjuntas de argamassa, calcular :a) o fluxo de calor por m de parede;b) a temperatura nas superfcies interna e externa da parede.

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    Exerccio Resolvido 2

    Coeficiente Global de Transferncia de Calor U

    Em sistemas compostos conveniente o uso de um coeficiente global de transferncia de calor, U, que definido por uma expresso anloga lei de resfriamento de Newton:

    onde T a diferena de temperatura global.

    =1

    Por ex.:

    =1

    11+

    +

    +

    + 1

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    Superfcies Estendidas: Aletas

    Figura: Uso de aletas para melhorar a transferncia de calor em uma

    parede plana: (a) Superfcie sem aletas. (b) Superfcie aletada.

    Superfcies Estendidas: Aletas

    Figura: Exemplos de superfcies aletadas.

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    Superfcies Estendidas: Aletas

    Figura: Balano de energia em uma superfcie estendida.

    Superfcies Estendidas: Aletas

    Do balano de energia, tem-se:

    Definindo:

    Tem-se ainda:

    0 =

    2

    2

    = 0

    2

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    Superfcies Estendidas: Aletas

    Tabela: Distribuio de temperaturas em aletas de seo transversal uniforme.

    Superfcies Estendidas: Aletas

    Tabela: Distribuio de perda de calor em aletas de seo transversal uniforme.

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    Superfcies Estendidas: Aletas

    Figura: Perfil de temperatura, , em uma aleta de seo transversal

    uniforme para o caso A.