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Transferência 
de Calor
Aula 3
Prof. Dr. Marcos Baroncini
Proença
Conversa Inicial
Com relação 
à convecção, 
podemos afirmar 
que é uma 
das formas de 
transferência de 
calor mais usadas 
em Engenharia, 
(...)
(...) sendo 
usada para 
pré-aquecimento, 
secagem, 
resfriamento, 
conforto térmico, 
geração de energia 
e diversas outras 
finalidades
Contextualização
Portanto, nesta aula 
iremos fazer um 
aprofundamento 
na compreensão 
da Lei de Newton 
da Convecção, 
trabalhando o 
conceito de camada 
limite, bem como 
seu equacionamento
Tópicos desta aula:
camada limite
convecção natural
convecção forçada:
escoamento 
externo
escoamento 
interno
convecção 
em ebulição e 
condensação
2
Tema 1: 
Camada Limite
A transferência de 
calor por convecção 
está associada à 
troca de energia 
entre uma superfície 
e um fluido 
adjacente, no qual 
está concentrada 
uma pequena 
camada de 
efeitos viscosos 
importantes, 
chamada de 
camada limite
Camada limite. 
Incropera et al. 
Transferência de 
calor e massa, 
Pearson.
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distância x da 
placa, com y = 0:
Para qualquer 
distância adjacente, 
ou seja, com y ≠ 0:
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Tema 2: 
Convecção Natural
Convecção natural 
ou convecção livre 
é o processo no 
qual o movimento 
do fluido é 
resultado da 
troca térmica 
3
O fluido mais pesado 
irá descer, sendo 
aquecido durante o 
processo, enquanto 
o fluido mais 
leve irá subir, 
resfriando-se à 
medida que se 
desloca
Convecção natural. 
Incropera et al. 
Transferência de calor 
e massa, Pearson. 
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Circulação
do fluído
instável
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Metodologia para 
Convecção Natural
Identificar 
a geometria 
de escoamento
Especificar a 
temperatura 
de referência 
apropriada 
para o fluido e 
estabelecer suas
propriedades de 
acordo com a 
temperatura 
de referência
Calcular o número 
de Reynolds (Re) 
para determinar 
o tipo de fluxo 
existente (laminar 
ou turbulento) 
Determinar o 
coeficiente de 
convecção usando 
o equacionamento 
adequado
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4
Tema 3: 
Convecção Forçada
Na convecção forçada, o 
movimento relativo entre 
o fluido e a superfície é 
mantido por meios 
externos, como um 
ventilador/soprador 
ou uma bomba, e 
não pelas forças de 
empuxo devidas 
aos gradientes de 
temperatura no fluido, 
como foi o caso da 
convecção natural
Metodologia para 
Convecção Forçada
Escoamento 
externo:
placa plana de 
comprimento 
L (geral): 
Nu = C Rem Prn
5
a)Convecção forçada 
sobre placa 
isotérmica (Ts)
Nusselt médio:
Nu = 0.664 
Re1/2 Pr1/3
para regime 
laminar com: 
Re < 5×105 e 
Pr ≥ 0,6
Nu = 0.037 Re4/5 
Pr1/3 para regime 
turbulento com: 
5×105 < Re < 107
e 0,6 ≤ Pr ≤ 60
Nu = (0.037 Re4/5
− 871) Pr1/3 
para regime de 
transição com: 
Re = 5x105 e 
0,6 ≤ Pr
Nusselt local:
Nu = 0,332 Re1/2 Pr1/3 
para regime laminar 
com: Re < 5×105 e 
Pr ≥ 0,6
Nu = 0,0296 
Re4/5 Pr1/3 para 
regime turbulento 
com: 5×105 < 
Re < 107 e 0,6 
≤ Pr ≤ 60
b) Convecção forçada 
sobre placa com fluxo de 
calor (q/A) imposto:
Nu = 0,453 Re1/2 Pr1/3
para regime laminar 
com: Re < 5×105
Nu = 0,0308 Re4/5
Pr1/3 para regime 
turbulento com: 
Re > 5×105
Escoamento interno:
convecção forçada 
dentro de tubos lisos: 
Escoamento interno em 
tubos. Incropera et al. 
Transferência de calor 
e massa, Pearson. 
a)Escoamento 
laminar, em 
desenvolvimento 
térmico: 
para: Pr > 0,5 
e Re < 2.300
+� � #, 78. 9: .4�.1�
# /; . 3�3"
# <;
6
b)Escoamento 
turbulento, 
desenvolvido: 
Nu = 0,023 . 
Re0,8 . Prn, para: 
Re > 10.000 
e 0,7 ≤ Pr ≤ 160
com: n = 0.4 de 
aquecimento; 
n = 0.3 de 
arrefecimento
Tema 4: Convecção 
em Ebulição e 
Condensação
A principal 
aplicação está em 
termoelétricas, 
em que, em uma 
caldeira, o líquido 
pressurizado é 
convertido em 
vapor 
Após a expansão 
em uma turbina, 
o vapor retorna ao 
estado líquido em 
um condensador, 
de onde é bombeado 
para a caldeira para 
repetir o ciclo
Fouad A. Saad/shutterstock
Ebulição
Ocorre quando a 
temperatura da 
superfície − Ts (K) 
− é superior à 
temperatura 
de saturação 
− Tsat (K) − 
correspondente à 
pressão no líquido
7
q/A = h . (Ts – Tsat) = h . ∆Te
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9= ∝ A' $� � $�
B
Condensação
Ocorre quando a 
temperatura de um 
vapor é reduzida a 
valores inferiores ao 
de sua temperatura 
de saturação
Pode ser 
condensação em 
regime laminar ou 
condensação em 
regime turbulento
Condensação em 
Regime Laminar
q = hl . A . (Tsat − Ts) = hl . A . ∆Tc
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Condensação em 
Regime Turbulento
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Síntese
Após esta aula, 
você adquiriu 
conhecimentos 
gerais sobre a 
transferência 
de calor por 
convecção 
8
Expanda seus 
conhecimentos 
lendo os anexos 
das rotas de 
aprendizagem, 
assim como 
pesquisando 
sobre o assunto 
em outras 
literaturas