Transferência de Calor - Conveccao

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Transferência de Calor - Convecção 
 
1111 ConvecConvecConvecConvecçãoçãoçãoção 
 
É o modo de transferência de energia entre uma superfície sólida 
e uma líquida ou gasosa adjacente, que está em movimento, 
envolvendo dois mecanismos: 
- movimento molecular aleatório → condução (difusão); 
- movimento macroscópico de massa → advecção. 
Na ausência de movimento do fluido ⇒ condução. 
Quanto mais rápido o movimento do fluido, maior a 
transferência de calor por convecção e mais difícil a 
determinação das taxas de transferência. 
Camada limite térmica: 
- região no fluido na qual a temperatura varia da temperatura 
da superfície sólida limitante (Ts), em y=0, até a temperatura 
média da região externa (T∞). 
 
Figura 1 – Como acontece a convecção 
 
A transferência de calor por convecção acontece entre a superfície 
limitante (bloco quente) e o fluido em movimento (ar). 
- inicialmente o calor é transferido para a camada de ar 
adjacente ao bloco por condução: contato direto; 
- em seguida o calor é transportado para longe da superfície por 
convecção, isto é, pelos efeitos combinados de condução dentro do 
ar, e pela advecção, que remove o ar aquecido próximo à 
Transferência de Calor - Convecção 
 
superfície e o substitui por ar mais frio, até acontecer o 
resfriamento total do bloco quente exposto ao ar. 
 
Obs.: a camada limite térmica pode ser maior, menor ou igual à 
camada limite hidrodinâmica (estudada em Mecânica dos 
Fluidos). 
 
2222 Natureza da convecçãoNatureza da convecçãoNatureza da convecçãoNatureza da convecção 
 
A convecção pode ser livre ou forçada. 
a) Livre ou natural 
O movimento das massas de fluido é causado por forças de 
flutuação (empuxo - E) induzidas por diferenças de densidades 
devidas às diferenças de temperatura. 
 
� � �∀�										
�	� ↑				⇒ 				� ↓ 
 
b) Forçada 
Há presença de agentes externos que intensificam a transferência 
de calor, tais como um ventilador, uma bomba ou o vento. 
 
Figura 2 – Convecção natural e forçada 
 
3333 Energias transferidas no processoEnergias transferidas no processoEnergias transferidas no processoEnergias transferidas no processo 
São transferidos dois tipos de energia no processo: 
a) energia sensível → associada às variações da energia cinética 
das moléculas (�T); 
Transferência de Calor - Convecção 
 
b) energia latente → alterações nas estruturas físicas dos fluidos e 
isto acontece quando há mudanças de fase. 
Exemplos: bolhas de vapor no fundo de vasilhames aquecidos, 
gotas de água nas superfícies externas a fluidos com menor 
temperatura. 
 
Figura 3 – Transferência de calor latente (www.ciencias.seed.pr.gov.br) 
 
4444 Lei básica Lei básica Lei básica Lei básica 
 
A lei que rege a convecção é chamada lei de Newton do 
resfriamento 
������ � ����� � ���														���	 
 
Em que: 
- ������ é a taxa de transferência de calor por convecção (W); 
- h é o coeficiente de transferência de calor por convecção 
(W/m².K); 
- A é a área da superfície através da qual a transferência de 
calor por convecção ocorre (m²); 
- Ts é a temperatura da superfície do corpo (K); 
- T∞ é a temperatura do fluido suficientemente longe da 
superfície do corpo, onde já não sofre mais seus efeitos (K). 
 
Obs.: note que na superfície de contato fluido-sólido as 
temperaturas são iguais (Ts=T∞). 
 
Transferência de Calor - Convecção 
 
5555 Coeficiente de Coeficiente de Coeficiente de Coeficiente de transferência de transferência de transferência de transferência de calor por convecçãocalor por convecçãocalor por convecçãocalor por convecção (h)(h)(h)(h) 
 
Não é propriedade física do fluido. 
 
Parâmetro determinado experimentalmente (DESAFIO), cujo 
valor depende de todas as variáveis que influenciam a convecção: 
- geometria da superfície limitante; 
- natureza do movimento do fluido; 
- propriedades físicas e termodinâmicas do fluido; 
- velocidade do fluido ou propriedades de transporte do 
fluido. 
 
Também chamado: 
- condutância de película; 
- coeficiente de película; 
- coeficiente de transferência convectiva de calor. 
 
Consistência dimensional: 
 
Itens SI Técnico Inglês 
QConv W=J/s kcal/h Btu/h 
A m² m² ft² 
�T K °C °F 
h W/m².K kcal/h.m².°C Btu/h.ft².°F 
 
Valores típicos: 
 
Convecção Fluido h (W/m².K) 
Livre ou natural Gases 2 a 25 
Líquidos 10 a 1.000 
Forçada Gases 25 a 250 
Líquidos 50 a 20.000 
Com mudança de fase 2.500 a 100.000 
 
Transferência de Calor - Convecção 
 
6666 Resistência térmica na convecçãoResistência térmica na convecçãoResistência térmica na convecçãoResistência térmica na convecção 
 
Semelhantemente à condução, definimos a resistência que o 
fluido oferece à transmissão de calor por convecção como 
resistência térmica convectiva, RConv: 
 ���� �
1
��
 
 
E a taxa de transferência de calor por convecção é assim 
representada: 
������ �
∆�
 ����
 
 
Observe que a transferência de calor acontece entre a superfície e 
o fluido em sua vizinhança, portanto a configuração que se deve 
considerar é a área externa: 
- parede plana: � � #. � 
- cilindro: � � %&' 
- esfera: � � 4%)* 
 
 
Figura 4 – Configurações de transferência de calor por convecção: parede 
plana, cilindro e esfera. 
 
 
 
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