1.0 Mecanismos básicos de Transferencia de calor

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1.0 Mecanismos Básicos de Transferência de calor
1.1 Introdução
1.2 Mecanismos Físicos de Transferência de calor
1.2.1 Condução
1.2.2 Convecção
1.2.3 Radiação
1.3 Revisão Primeira Lei Da Termodinâmica
1.4 Identificação De Processos De Transferência De Calor
1.5 Metodologia De Análise De Problemas De Transferência De Calor
1.6 Aplicações Da Transferência De Calor
1.7 Sugestões De Exercícios
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Transferência de calor é a energia térmica em trânsito devido a uma diferença de temperatura no espaço.
1.1 Introdução
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1.2 Mecanismos Físicos de Transferência de calor
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1.2.1 - Condução
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Fluidos - Transferência líquida de energia pelo movimento molecular aleatório como uma difusão de energia
Sólidos – ocorre devido à atividade atômica na forma de vibrações do reticulado (difusão) e também em função do movimento de translação dos elétrons livres (materiais condutores).
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Fluidos (gases ou líquidos): por impacto elástico direto ou por movimento cinético.
Nos líquidos as moléculas estão mais próximas que nos gases, as interações moleculares são mais fortes e mais frequentes.
Sólidos: por atividade atômica, fluxo de elétrons livres, movimento vibracional e translacional dos elétrons. 
A capacidade de conduzir calor varia com a concentração de elétrons livres, assim os metais são os melhores condutores de calor.
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qx = taxa de calor transmitida através da área A na direção positiva de x, em W ou Btu/h
q”x = fluxo de calor na direção positiva de x, em W/m2 ou Btu/h.ft2
A = área da seção transversal normal à direção do fluxo de calor, em m2 ou ft2
dT/dx = gradiente de temperatura na direção x, em C/m ou K/m, F/ft
k = condutividade térmica do material. É uma propriedade é função da temperatura, em W/mK ou kcal/h.m.C ou Btu/h.ft.F
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Sinal negativo é uma conseqüência do fato do calor ser transferido na direção da temperatura decrescente
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Nas condições de estado estacionário (regime permanente), com a distribuição linear de temperatura, o gradiente de temperatura pode ser representado por
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1.2.2 Convecção
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Coeficiente h depende das condições da camada limite:
geometria da superfície
velocidade de escoamento (laminar ou turbulento)
propriedades termofísicas do fluido
posição ao longo da superfície (coeficiente local ou médio)
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T - Temperatura absoluta da superfície em K 
Ecn=Emax
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Um caso particular é a troca de radiação entre uma pequena superfície a Ts e uma superfície isotérmica, muito maior, que envolve completamente a menor.
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Onde:
(1.7)
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Os objetivos da termodinâmica e da transferência de calor são em grande parte complementares.
Em muitos problemas de transferência de calor, a primeira lei da termodinâmica ( a lei da conservação de energia) fornece uma ferramenta útil.
1.3 Revisão Primeira Lei da Termodinâmica
Primeira lei em sistema para processos
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Equações da primeira lei
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Equação para conservação de energia em um volume de controle em regime estacionário sem geração de energia térmica
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O Balanço de energia em uma superfície de um meio
Análise da transferência de calor somente no volume de controle (superfície) 
Embora possa estar ocorrendo geração interna de calor no interior do sistema (meio) isto não afeta o balanço de energia na superfície de controle
Serve para regime estacionário (permanente) ou transiente
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1.4- Identificação de Processos de Transferência de Calor
Ao analisar um sistema térmico o engenheiro tem que ser capaz de identificar os processos de transferências de calor relevantes
Deve também analisar quais são relevantes e quais podem ser desconsiderados
Somente então o comportamento do sistema pode ser quantificado
Exemplos: Identifique os processo envolvidos no
Corpo humano?
Lâmpada incandescente?
Uma resistência elétrica em um forno elétrico
Coletor solar
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q1 : convecção natural entre o café e a parede do frasco plástico
q2 : condução através da parede do frasco plástico
q3 : convecção natural do frasco para o ar
q4 : convecção natural do ar para a capa plástica
q5 : radiação entre as superfícies externa do frasco e interna da capa plástica
q6 : condução através da capa plástica
q7 : convecção natural da capa plástica para o ar ambiente
q8 : radiação entre a superfície externa da capa e as vizinhanças
Exemplo – garrafa térmica
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Mecanismos combinados – placa coletara aquecimento de água
Exemplo – coletor solar
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1.5- METODOLOGIA DE ANÁLISE DE PROBLEMAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
(a) após ler cuidadosamente o problema, faça uma listagem sucinta e breve do que é conhecido sobre o problema.;
(b) defina o que é pedido no problema, 
(c) desenhe um esquema do problema, do sistema físico; identifique os processos de transferência de calor por setas; indique as temperaturas envolvidas;
(d) liste todas as hipóteses que serão assumidas para a resolução do problema;
(e) calcule os valores das propriedades térmicas envolvidas;
(f) desenvolva a análise do problema, utilizando as equações apropriadas; desenvolva a análise o máximo possível antes de substituir os valores numéricos; finalmente, execute os cálculos necessários para se obter o resultado final;
(g) comente os resultados
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1.6- Aplicações da Transferência de Calor
Permite estimar custo, viabilidade e tamanho do equipamento necessário à transmissão de calor.
Melhoria da transferência de calor: projeto de trocadores de calor, caldeiras, condensadores, radiadores e máquinas elétricas.
Isolamento térmico (calefação e acondicionamento de ar) Carga térmica em sistemas de refrigeração e ar condicionado. 
 Controle de Temperatura: resfriamento de componentes de circuitos eletrônicos e equipamentos.
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1.7- Sugestões de Exercícios
Incropera: Cap.1
Condução – 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.10
Convecção – 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 1.17, 1.21, 1.22 
Radiação – 1.24, 1.26, 1.28, 1.32
Primeira lei da termodinâmica – 34, 35, 37, 39, 40, 42, 50, 52, 54, 55, 57, 60, 62, 63, 65, 70
Identificação de processos – 72, 73
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