Aula Introdutória

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INTRODUÇÃO 
À 
TRANSFERÊNCIA 
DE CALOR
Prof. José Francisco Vilela Rosa
Mecanismos de Transferência de Calor
•Condução
•Convecção
•Radiação
CONDUÇÃO TÉRMICA
•A condução ocorre dentro de uma substância ou entre 
substâncias que estão em contato físico direto. 
•Na condução a energia cinética dos átomos e moléculas 
(isto é, o calor) é transferida por colisões entre átomos e 
moléculas vizinhas.
•A energia flui das temperaturas mais altas (moléculas com 
maior energia cinética) para as temperaturas mais baixas 
(moléculas com menor energia cinética).
• A capacidade das substâncias para conduzir calor (condutividade) 
varia consideravelmente.
CONDUÇÃO TÉRMICA – TAXA DE CALOR
• Sólidos são melhores condutores que líquidos e 
líquidos são melhores condutores que gases.
•Num extremo, metais são excelentes condutores de 
calor e no outro extremo, o ar é um péssimo condutor 
de calor. 
•Consequentemente, a condução só é importante 
entre a superfície da Terra e o ar diretamente em 
contato com a superfície. 
•Como meio de transferência de calor para a atmosfera 
como um todo a condução é o menos significativo e 
pode ser omitido na maioria dos fenômenos 
meteorológicos.
CONVECÇÃO
•A convecção é o processo de transmissão de calor 
feita por meio do transporte da matéria de uma 
região para outra. 
•A convecção é o processo que só pode ocorrer nos 
fluidos, pois nos sólidos as partículas não podem ser 
arrastadas.
•A convecção somente ocorre em líquidos e gases. 
•Consiste na transferência de calor dentro de um fluído 
através de movimentos do próprio fluído.
• A convecção ocorre como consequência de diferenças na 
densidade do ar. 
• Ar quente é menos denso que o ar frio de modo que o ar frio 
e denso desce e força o ar mais quente e menos denso a 
subir. O ar mais frio é então aquecido pela superfície e o 
processo é repetido.
TAXA DE CALOR NA CONVECÇÃO
RADIAÇÃO
•a Radiação consiste de ondas eletromagnéticas 
propagando com a velocidade da luz. 
•Como a radiação é a única que pode ocorrer no 
vácuo, esta é a principal forma pela qual o 
sistema Terra-Atmosfera recebe energia do Sol e 
libera energia para o espaço.
Radiação
Todos os corpos emitem continuamente energia devido
a sua temperatura, a energia assim emitida é a radiação
térmica.
A radiação não necessita de um meio físico para se
propagar. A energia se propaga por ondas
eletromagnéticas ou por fótons.
• Considerando dois corpos distintos, estando um na presença 
do outro e com temperaturas diferentes:
Tv
Ts
Q = ɛ . A . σ . (Ts
4 – Tv
4) 
Sólidos Moleculares
A troca de calor por radiação pode ser resumida através da seguinte
expressão
Onde o hr (chamado coeficiente de transferência de calor por radiação) é
dado por:
Para uma combinação com convecção (por exemplo), a taxa total de
transferência de calor saindo da superfície é, então:
Coeficiente de calor por radiação hr
)( VizSrrad TTAhq 
))(( 22 VIZsvizsr TTTTh  
)()( 44 VIZssradconv TTATThAqqq   
Materiais de produção
Metais
Asfalto 0,90
Cimento 0,92
Cortiça 0,80
Madeira 0,93
Mármore 0,93
Tijolo 0,93
Tintas Comuns 0,85 a 0,95
Tinta de alumínio 0,85
Vidro Comum 0,94
Papel amianto 0,83
Gesso 0,91
Alumínio (superfície nova de telhado) 0,22
Latão oxidado 0,61
Cobre oxidado 0,87
Ferro Oxidado 0,63
Ferro galvanizado(superf´cie nova e limpa) 0,93
EXERCÍCIOS
CONDUÇÃO 
TÉRMICA
EXERCÍCIO 1
A parede de um forno (de formato cúbico) é construída 
com 0,20 m de espessura e condutividade térmica de 
1,6 W/m.K. Mede-se as temperaturas internas e 
externas da parede em 240 0C e 20 0C 
respectivamente. Determine:
A) o fluxo de calor pela parede;
B) qual é a taxa de perda de calor através dessa parede
de dimensões 1,2 x 1,5 m.
C) Para todo o forno (desconsiderando apenas a base).
Determine uma equação para
determinar a taxa de calor através
de uma parede plana com
temperatura constantes, T1 e T2, em
suas extremidades. A parede é
constituída de material de
condutividade térmica K e tem
espessura L e área A.
EXERCÍCIO 2
Um corpo de formato esférico com raio de 6 cm 
deverá ser aquecido de 40 0C a 200 0C em 40 minutos.
O corpo é feito de ouro cujos valores médios de 
densidade e calor específico são  = 19300 kg/m3 e 
cp= 129 J/kg.K, respectivamente, determine:
a) A quantidade total de calor transferido para a 
esfera de ouro,
b) A taxa média do calor transferido para a esfera, e
c) O fluxo médio de calor.
EXERCÍCIO 3
Exercícios Propostos
Livro: Fundamentos de transferência de calor e 
massa. (Incropera e DeWitt). Sexta edição
Capítulo 1
1)1.2; 2)1.4; 3)1.5; 4)1.6; 5)1.7; 
6)1.8; 7)1.9; 8)1.10 e 9)1.11
EXERCÍCIOS 
CONVECÇÃO
Exercício 1
Exercício 2
Um fio elétrico de comprimento 5 metros e 0,6 cm de diâmetro está
localizado em uma sala cuja temperatura é 10 0C. No interior do fio um calor
é gerado devido à carga elétrica que o percorre. As medidas da queda de
tensão e intensidade de corrente elétrica são 127 V e 1,5 Ampéres,
respectivamente. Ignorando outras formas de transferência de calor,
determine o coeficiente de transferência por convecção entre o fio e o ar da
sala, quando a temperatura do fio for 150 oC.
Uma placa aquecida eletricamente dissipa calor, por convecção na razão de
q = 8000 W/m2, para o ambiente, cuja temperatura é 20 0C. Se a
temperatura na superfície da chapa quente for de 150 0C, calcule o
coeficiente de transferência de calor na convecção entre a placa e o ar.
Exercício 3
Para efeitos de transferência de calor, um homem de pé pode
ser modelado como um cilindro vertical de 30 cm de
diâmetro e 170 cm de altura com ambas as superfícies
superior e inferior isoladas e com a superfície lateral a uma
temperatura média de 34 ºC. Para um coeficiente de
transferência de calor por convecção de 20 W/m².K,
determinar a taxa de perda de calor por convecção desse
homem em um ambiente a 18 ºC.
Exercício 4
Um compartimento de um congelador formato quadrado (1 m2 de área) fica
coberto com uma camada de 2 mm de espessura de gelo. Estando o
compartimento exposto ao ar ambiente a 20 ºC e um coeficiente de transferência
de calor por convecção de 2 W/m2.K, caracterizando convecção natural na
superfície exposta da camada, estime o tempo requerido para completa fusão do
gelo. Considere que o gelo tenha densidade igual a 700 kg/m3 e calor latente de
fusão igual a 334 kJ/kg. Admita troca de calor unidimensional e também que a
superfície do condensador (parede em contato com o gelo) seja adiabática,
despreze quaisquer fenômenos de radiação térmica.
1)1.15; 2)1.17; 3) 1.18; 
4)1.19; 5)1.21 e 6)1.22
Exercícios Propostos
Livro: Fundamentos de transferência de calor e massa. 
(Incropera e DeWitt). Sexta edição
EXERCÍCIOS
RADIAÇÃO TÉRMICA
Exercício 1
 = 5,67 . 10-8 W/(m2 K4).
Exercício 2
Considere uma pessoa em pé em uma sala mantida a 22 oC
durante todo o tempo. As superfícies interiores de paredes,
pavimentos e tetos estão em uma temperatura média de 10 oC
no inverno e 25 oC no verão. Determine a taxa de transferência
de calor por radiação entre essa pessoa e as superfícies ao seu
redor, se a área e a temperatura média das superfícies expostas
da pessoa são 1,4 m2 e 30 oC, respectivamente. Considere a
emissividade da pessoa ɛ = 0,95.
 = 5,67 . 10-8 W/(m2 K4).
Exercício 3
Determine a taxa total de transferência de calor de uma mulher que
está no interior de uma sala, cuja temperatura é de 24 0C.
Considere que a área total dessa mulher é 1,8 m2 e a temperatura
de sua superfície em 30 oC. O coeficiente de convecção entre a
mulher e o ambiente da sala é de 6,0W/m2K. A emissividade de
uma pessoa é  = 0,95.
Dado:  = 5,67 . 10-8 W/(m2 K4).
A Transferência de calor e a
1ª Lei da Termodinâmica
Q = m . cp . ∆T
ሶ𝑄 = 
𝜕𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎
𝜕𝑡
𝜕𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎
𝜕𝑡
=
m . cp . ∆T
𝜕𝑡
ሶ𝑄 = ሶ𝑚 . cp . ∆T
Uma bola de alumínio de 15 cm de diâmetro deve ser aquecida
de 80 0C até a temperatura média de 200 0C. Tomando a
densidade e o calor específico médios do alumínio nessa gama
de temperaturas como sendo  = 2700 kg/m3 e cp = 0,90 kJ/kg.K,
respectivamente, determine a quantidade de energia que precisa
ser transferida para a bola de alumínio.
EXERCÍCIOS
Exercício 1
Em estado líquido, 1,2 kg de água,
inicialmente a 15 oC, deve ser aquecido a
95 oC em um bule equipado com um
elemento de aquecimento elétrico de
1200 W. O bule de 0,5 kg tem calor
médio específico de 0,7 kJ/kg.K.
Tomando o calor específico da água de
4,18 kJ/kg.K e desprezando qualquer
perda de calor do bule para o exterior,
determine quanto tempo vai demorar
para a água se aquecida.
Exercício 2
Ovos com a massa de 0,15 kg por ovo e calor
específico de 3,32 kJ/kg·oC são refrigerados a
partir de 32 oC até 10 oC a uma taxa de 200 ovos
por minuto. Qual é a taxa de remoção de calor a
partir dos ovos?
Exercício 3