Transferência de Calor em Meios Estacionários

Prévia do material em texto

<p>FENOMENOS DOS TRANSPORTES</p><p>AULA 8 – TRANSFERENCIA DE CALOR</p><p>CONDUÇÃO DE CALOR</p><p>Transferência de calor que ocorre em um meio estacionário, que pode ser um sólido ou um fluido. É um processo pelo qual o calor flui de uma região de temperatura mais alta para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio (sólido, líquido ou gasoso) ou entre meios diferentes em contato físico direto. A energia é transferida através de comunicação molecular direta, sem apreciável deslocamento das moléculas.</p><p>Equação de taxa: Lei de Fourier</p><p>ANALOGIA ENTRE RESISTÊNCIA TÉRMICA E RESISTÊNCIA ELÉTRICA</p><p>o fluxo de calor através da parede pode ser expresso da seguinte forma</p><p>Se substituirmos na equação acima o símbolo do potencial de temperatura ΔT pelo de potencial elétrico, isto é, a diferença de tensão ΔU, e o símbolo da resistência térmica R pelo da resistência elétrica Re, obtemos a Equação ( lei de Ohm ) para i, a intensidade de corrente elétrica :</p><p>Consideremos um sistema de paredes planas associadas em série. Como exemplo, analisemos a transferência de calor através da parede de um forno, que pode ser composta de uma camada interna de refratário ( condutividade k1 e espessura L1), uma camada intermediária de isolante térmico ( condutividade k2 e espessura L2) e uma camada externa de chapa de aço ( condutividade k3 e espessura L3).</p><p>ASSOCIAÇÃO DE PAREDES PLANAS EM SÉRIE</p><p>para o caso geral em que temos uma associação de paredes n planas associadas em série o fluxo de calor é dado por :</p><p>Consideremos um sistema de paredes planas associadas em paralelo submetidas a uma diferença de temperatura constante e conhecida.</p><p>• Todas as paredes estão sujeitas a mesma diferença de temperatura;</p><p>• As paredes podem ser de materiais e/ou dimensões diferentes;</p><p>• O fluxo de calor total é a soma dos fluxos por cada parede individual.</p><p>ASSOCIAÇÃO DE PAREDES PLANAS EM PARALELO</p><p>CONDUÇÃO DE CALOR ATRAVÉS DE CONFIGURAÇÕES CILÍNDRICAS</p><p>Consideremos um cilindro vazado submetido à uma diferença de temperatura entre a superfície interna e a superfície externa,</p><p>Consideremos uma esfera oca submetida à uma diferença de temperatura entre a superfície interna e a superfície externa, como pode ser visto na figura</p><p>CONDUÇÃO DE CALOR ATRAVÉS DE UMA CONFIGURAÇÃO ESFÉRICA</p><p>Encontrando a resistência térmica do tijolo</p><p>Encontrando a resistência térmica do Gesso</p><p>Encontrando a resistência térmica Total</p><p>Calculando o Fluxo de calor total</p><p>Elaborando o circuito térmico</p><p>Calculando a resistência térmica total</p><p>Calculando a perda térmica</p><p>CONVECÇÃO TÉRMICA</p><p>Convecção</p><p>Equação de taxa: Lei de Resfriamento de Newton</p><p>RESISTÊNCIA TÉRMICA NA CONVECÇÃO</p><p>Elaborando o circuito térmico</p><p>Calculando a resistência térmica total</p><p>Calculando a perda térmica</p><p>RADIAÇÃO TÉRMICA</p><p>Energia emitida na forma de ondas eletromagnéticas por uma superfície a uma temperatura finita. É a energia emitida por toda matéria que se encontra a uma temperatura não nula. O calor radiante é emitido por um corpo na forma de impulsos, ou quantas de energia.</p><p>Radiação</p><p>Lei de Stefan-Boltzmann</p><p>A taxa líquida na qual a radiação é trocada entre duas superfícies é bastante complicada, dependendo das propriedades radiativas das superfícies e de seu formato.</p><p>Manipulando-se a equação anterior, pode-se escrever a taxa líquida como:</p><p>Para o cálculo da radiação, devemos determinar a Fração da radiação difusa que deixa um corpo em direção a outro. Temos Ai, índice da superfície que emite, e Aj, índice da superfície que recebe. Temos então o fator forma Fij</p><p>Considerar o caso em que as temperaturas são iguais, temos q = 0 e efetuando-se a troca líquida temos:</p><p>Aplicando a equação de Stefan-Boltzmann na equação da troca líquida, obtemos a expressão para o fluxo de calor transferido por radiação entre duas superfícies a diferentes temperaturas:</p><p>Calculando o fluxo de calor por metro de comprimento</p><p>Para efeito de cálculo consideramos o comprimento do duto unitário ( L = 1)</p><p>Para o próximo passo consideramos a superfície do compartimento muito maior que a superfície do duto, temos então:</p><p>De acordo com a figura temos duas parcelas de transferência de calor, uma convectiva e outra por radiação.:</p><p>Sendo assim para encontrar o calor transferido total para o duto de estanho, inicialmente calculamos a energia convectiva por metro do tubo.:</p><p>Calculando agora a parcela por radiação:</p><p>Calculamos então a energia total</p><p>Pintando o duto com laca branca apenas a radiação é afetada, temos então:</p><p>Para a determinação do fluxo de calor através do tubo, consideramos apenas a convecção e a condução (isolamento):</p><p>Metade do fluxo total através do tubo, corresponde a radiação térmica, considerando as superfícies de tamanhos bem distintos:</p><p>Utilizando na expressão de Boltzmann a metade da energia, calculamos a emissividade:</p><p>Primeiramente encontramos a área da transferência:</p><p>De acordo com a figura, antes do isolamento temos duas parcelas de energia, convecção e radiação. Calculando por convecção:</p><p>Calculando agora a parcela por radiação:</p><p>Determinamos então a carga total:</p><p>Para o isolamento temos a seguinte situação:</p><p>A transferência de calor continua a ocorrer por convecção e radiação, porém a radiação muda pela alteração da emissividade :</p><p>1. Uma parede de concreto, área superficial de 20 m2 e espessura de 0.30 m, separa uma sala de ar condicionado do ar ambiente. A temperatura da superfície interna da parede é mantida a 25ºC, e a condutividade térmica do concreto é 1W/m.K. Determine a perda de calor através da parede para as temperaturas ambientes internas de – 15 ºC e 38 ºC que correspondem aos extremos atingidos no inverno e no verão.</p><p>2. Um circuito integrado (chip) quadrado com lado w = 5 mm opera em condições isotérmicas. O chip está alojado no interior de um substrato de modo que suas superfícies laterais e inferior estão bem isoladas termicamente, enquanto sua superfície superior encontra-se exposta ao escoamento de uma substância refrigerante a T∞ = 15ºC. A partir de testes de controle de qualidade, sabe-se que a temperatura do chip não deve exceder a T= 85ºC. Se a substância refrigerante é o ar, com coeficiente de transferência de calor por convecção correspondente de h= 200 W/m2.K. Determine a potência máxima que pode ser dissipada pelo chip.</p><p>3. Uma superfície com área de 0,5 m2, emissividade igual a 0,8 e temperatura de 150ºC é colocada no interior de uma grande câmara de vácuo cujas paredes são mantidas a 25ºC. Determine a taxa de emissão de radiação pela superfície?</p><p>Um equipamento condicionador de ar deve manter uma sala, de 15 m de comprimento, 6 m de largura e 3 m de altura a 22 oC. As paredes da sala, de 25 cm de espessura, são feitas de tijolos com condutividade térmica de 0,14 Kcal/h.m.oC e a área das janelas podem ser consideradas desprezíveis. A face externa das paredes pode estar até a 40 oC em um dia de verão. Desprezando a troca de calor pelo piso e pelo teto, que estão bem isolados, pede-se o calor a ser extraído da sala pelo condicionador ( em HP ). OBS : 1 HP = 641,2 Kcal/h</p><p>image1.png</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p><p>image4.png</p><p>image5.png</p><p>image6.png</p><p>image7.png</p><p>image8.png</p><p>image9.png</p><p>image10.png</p><p>image11.png</p><p>image12.png</p><p>image13.png</p><p>image14.png</p><p>image15.png</p><p>image16.png</p><p>image17.png</p><p>image18.png</p><p>image19.png</p><p>image20.png</p><p>image21.png</p><p>image22.png</p><p>image23.png</p><p>image24.png</p><p>image25.png</p><p>image26.png</p><p>image27.png</p><p>image28.png</p><p>image29.png</p><p>image30.png</p><p>image31.png</p><p>image32.png</p><p>image33.png</p><p>image34.png</p><p>image35.png</p><p>image36.png</p><p>image37.png</p><p>image38.png</p><p>image39.png</p><p>image40.png</p><p>image41.png</p><p>image42.png</p><p>image43.png</p><p>image44.png</p><p>image45.png</p><p>image46.png</p><p>image47.png</p><p>image48.png</p><p>image49.png</p><p>image50.png</p><p>image51.png</p><p>image52.png</p><p>image53.png</p><p>image54.png</p><p>image55.png</p><p>image56.png</p><p>image57.png</p><p>image58.png</p><p>image59.png</p><p>image60.png</p><p>image61.png</p><p>image62.png</p><p>image63.png</p><p>image64.png</p><p>image65.png</p><p>image66.png</p><p>image67.png</p><p>image68.png</p><p>image69.png</p><p>image70.png</p><p>image71.png</p><p>image72.png</p><p>image73.png</p><p>image74.png</p><p>image75.png</p><p>image76.png</p><p>image77.png</p><p>image78.png</p><p>image79.png</p><p>image80.png</p><p>image81.png</p><p>image82.png</p><p>image83.png</p><p>image84.png</p><p>image85.png</p><p>image86.png</p><p>image87.png</p><p>image88.png</p><p>image89.png</p><p>image90.png</p><p>image91.png</p><p>image92.png</p><p>image93.png</p><p>image94.png</p><p>image95.png</p><p>image96.png</p><p>image97.png</p><p>image98.png</p><p>image99.png</p><p>image100.png</p><p>image101.png</p><p>image102.png</p><p>image103.png</p><p>image104.png</p><p>image105.png</p><p>image106.png</p><p>image107.png</p><p>image108.png</p><p>image109.png</p><p>image110.png</p><p>image111.png</p><p>image112.png</p><p>image113.png</p><p>image114.png</p><p>image115.png</p><p>image116.png</p><p>image117.png</p><p>image118.png</p><p>image119.png</p><p>image120.png</p><p>image121.png</p><p>image122.png</p>