Aula 3

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 Profª. Mikele Cândida Sousa de Sant’Anna
Aula 1. Transferência de Calor
7. Difusividade térmica
O produto ρcp, que é frequentemente encontrado na análise da TC, é chamado de
capacidade térmica de um material.
Tanto o calor especifico cp quanto a capacidade térmica ρcp representam a
capacidade de armazenamento de calor de um material.
Mas cp representa isso por unidade de massa enquanto ρcp por unidade de
volume (J/kg.°C e J/m3.ºC), respectivamente.
A difusividade térmica representa a velocidade com que o calor se difunde
através de um material e é definida como:
𝛼 =
𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑜
𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑧𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜
=
𝑘
𝜌𝐶𝑝
7. Difusividade térmica
A condutividade térmica representa quanto um material conduz bem o calor, e a
capacidade térmica ρcp representa quanta energia um material pode armazenar
por unidade de volume.
Por isso, a difusividade térmica de um material pode ser entendida como a razão
entre o calor conduzido através do material e o calor armazenado por unidade de
volume.
Quanto maior for a difusividade térmica, mais rápida será a propagação de
calor no meio.
Um pequeno valor de difusividade térmica significa que a maior parte do calor é
absorvida pelo material e uma pequena quantidade de calor é conduzida adiante.
7. Difusividade térmica
Convecção: é o modo de transferência de calor entre uma
superfície sólida e o líquido ou gás adjacente que está em
movimento e que envolve efeitos combinados de condução e
movimentos dos fluidos;
7. Convecção
7. Convecção
Quanto mais rápido o movimento do fluido, maior será a transferência de calor por
convecção.
Na ausência de qualquer movimento de uma massa de fluido, a transferência de calor
entre uma superfície sólida e o fluido adjacente é por pura condução.
A presença de calor de uma massa de fluido aumenta a transferência de calor entre
elas, mas isso também dificulta a determinação das taxas de transferência de calor.
7. Convecção
O calor é primeiro transferido para a camada de ar adjacente ao bloco por
condução.
Esse calor é, então, transportado para longe da superfície por convecção, isto é,
pelos efeitos combinados de condução dentro do ar causados por movimento
aleatório das moléculas do ar e por movimento da massa ou macroscópico do
ar, que remove o ar aquecido próximo à superfície e o substitui por ar mais
frio.
7. Convecção
Convecção forçada se o fluido é forçado a fluir sobre a superfície por
meios externos, como ventilador, bomba ou vento.
Convecção natural (livre) se o movimento do fluido é causado por
forças de flutuação induzidas por diferenças de densidade, decorrentes
da variação da temperatura no fluido.
A diferença de calor entre o bloco e o ar ao seu
redor será por condução se a diferença entre a
temperatura do ar e do bloco não for grande o
suficiente para vencer a resistência para o
movimento do ar e, portanto, para iniciar as
correntes de convecção natural.
7. Convecção
7. Convecção
Processos de TC que envolvem mudança de um fluido são igualmente
considerados convecção devido ao movimento de fluido induzido ao longo do
processo, tal como a subida de bolhas de vapor durante a ebulição ou a queda
de gotículas de líquido durante a condensação.
A TC por convecção é proporcional à diferença de temperatura, e sendo
convenientemente expressa pela Lei de Newton do resfriamento como
)(  TThAQ ssconv
h é o coeficiente de TC por convecção (W/m2.°C);
As é a área da superfície através da qual a TC ocorre;
Ts é a temperatura da superfície;
é a temperatura do fluido;
T
7. Convecção
O coeficiente de TC por convecção h não é uma
propriedade do fluido.
É um parâmetro determinado experimentalmente,
cujo valor depende de todas as variáveis que
influenciam a convecção, tais como: geometria da
superfície, natureza do movimento do fluido, as
propriedades do fluido e a velocidade do fluido.