TCM unidade 1 AULA 1

Prévia do material em texto

DISCIPLINA: TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR E MASSA
PROF. BRUNO QUEIROGA
AULA 1
INTRODUÇÃO
 O que é Transferência de Calor?
“É a energia térmica em trânsito devido a uma diferença 
de temperatura no espaço.”
T1
T2
T’1 T’2
EQUILÍBRIO
 Exemplos de condução?
INTRODUÇÃO
 O que diferencia o estudo da Termodinâmica do estudo da 
Transferência de Calor?
“A Termodinâmica trata dos estados inicial e final do processo, 
não fornecendo informação sobre o tipo de interação ocorrida. 
Já a TC estuda não só destes estados, mas considera 
também como ocorre a interação, sendo possível calcular a 
taxa dessa transferência.”
É necessário conhecimentos 
sobre o gás, o material do 
cilindro, a pressão do 
processo, além das energias 
e dos estados.
INTRODUÇÃO
Quais as formas (modos) de transferência de calor de um 
meio para outro? 
Os modos são: Condução, Convecção e Radiação. 
Modos de Transferência de calor
INTRODUÇÃO
Condução
Mecanismo Físico: Transferência líquida de energia devido 
ao movimento molecular aleatório (difusão de energia).
Movimentos de Translação, Rotação e 
Vibração
Plano hipotético
Gás sem movimento global.
Partículas 
mais 
energéticas
Partículas 
menos 
energéticas
INTRODUÇÃO
Condução (cont.)
 Em sólidos e líquidos as interações moleculares são mais 
fortes (moléculas mais próximas).
 Nos sólidos, a energia se propaga por ondas na estrutura 
cristalina induzidas pelo movimento atômico (visão 
moderna).
 Em não condutores elétricos a condução se dá a partir 
apenas pelas ondas na estrutura atômica, já em condutores, 
tem-se também a transferência a partir da translação dos 
elétrons livres.
INTRODUÇÃO
Condução (cont.)
 Lei de Fourier (Equação de taxa de calor) para uma 
parede plana unidimensional:
Fluxo térmico perpendicular 
à A1 (W/m²)
Condutividade 
Térmica (W/m.K)
Gradiente de 
Temperatura (K/m)
Exigência para o 
fluxo ser positivo.
Parede plana com 
superfícies a T1 e T2
A1
INTRODUÇÃO
Condução (cont.)
 Consideração para uma parede finita:
 Observar que:
INTRODUÇÃO
Condução (cont.)
 Alguns valores de condutividades térmicas: Tab. A1 a A7.
INTRODUÇÃO
Condução (cont.)
 Variação do k 
com a 
temperatura:
INTRODUÇÃO
Condução (cont.)
Exemplo (semelhante ao 1.1):
A parede da fornalha de uma caldeira é construída de tijolos refratários com 0,20
m de espessura e condutividade térmica de 1,3 W/m.K. A temperatura da parede
interna é de 1127 oC e a temperatura da parede externa é de 827 oC. Determinar a
taxa de calor perdido através de uma parede com 1,8 m por 2,0 m.
 
 
20,0
8271127
6,3.3,1q
x
TT
Akq ei





Dados:
Solução
x = 0,20 m
k = 1,3 [W/moC]
Ti = 1127 oC
Te = 827 oC
A = 1,8.2,0 = 3,6 m2
W7020q 
INTRODUÇÃO
Convecção
Mecanismo Físico: Transferência Líquida de Energia pelo 
Movimento aleatório molecular (difusão) e pelo Movimento 
global do fluido (advecção).
Escoamento de um fluido sobre uma superfície isotérmica
Predominância da 
Difusão
A massa do fluido 
em deslocamento 
também transporta 
energia.
Camada Limite 
Térmica e 
Hidrodinâmica
cresce com x.
INTRODUÇÃO
Convecção (Cont.)
Tipos de Convecção
Forçada Natural
CondensaçãoEbulição
 Na convecção 
natural e forçada a 
energia transferida é 
sensível. 
 Nos processos de 
ebulição e 
condensação, há 
também a troca de 
calor latente.
Tipos de Convecção
INTRODUÇÃO
Convecção (Cont.)
 Lei de Resfriamento de Newton
Fluxo térmico (W/m²)
Coeficiente de 
transferência de calor 
por convecção (W/m².K)
Temperatura do fluido 
Temperatura da superfície 
INTRODUÇÃO
Convecção (Cont.)
 O h sofre influências da geometria da superfície, 
natureza do escoamento, e por uma série de 
propriedades termodinâmicas e de transporte do 
fluido.
 A depender dos valores de Ts e Tinf a superfície 
pode estar sendo aquecida ou resfriada, assim como 
o fluido.
INTRODUÇÃO
Convecção (Cont.)
 Valores típicos do h
INTRODUÇÃO
Convecção (Cont.)
Exemplo:
Ar a Tar = 25
oC escoa sobre uma placa lisa mantida a Tw = 150
oC. O coeficiente
de convecção é de 80 W/m2 oC. Determinar a taxa de calor considerando que
a placa possui área de A = 1,5 m2.
Solução:
 
 251505,1.80q
TTAhq w

 
W15000q 