1098527 01 Transferência de Calor Introdução

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Transferência de Calor e Massa
Introdução
Introdução
1ª Lei: Conservação da energia
A energia não pode ser criada nem destruída, 
somente transformada de uma forma a outra 
W
Q
Sistema de Controle
Tot
stE
EoutEin
Volume de Controle
gE stE
∆𝐸𝑠𝑡
𝑇𝑜𝑡= 𝑄 −𝑊 ∆𝐸𝑠𝑡= 𝐸𝑖𝑛 − 𝐸𝑜𝑢𝑡 + 𝐸𝑔
Introdução
2ª Lei: Entropia
É impossível existir um processo cujo único
resultado seja a transferência de calor de uma
fonte de baixa temperatura para outra de mail
alta temperatura espontaneamente.
Para isso há que se realizar trabalho.
𝑑𝑆 ≥
𝑑𝑄
𝑇
𝑑𝑆 ≥ 0
Introdução
Condução
Transferência que ocorre em um meio estacionário, podendo ser
sólido ou fluido.
Transferência de partículas (moléculas) mais energéticas para as
menos devido as interações entre elas colisões
Lei de Fourier
q“cond  fluxo de calor por 
condução [W/m2]
K  Condutividade 
térmica do material 
[W/mK]
qcond  Tax de transf. de 
calor [W]
A  Área da secção
𝑞"𝑐𝑜𝑛𝑑 = −𝑘
𝑑𝑇
𝑑𝑥
L
q”
T2
T1
T(x)
𝑞𝑐𝑜𝑛𝑑 = −𝑘𝐴
𝑑𝑇
𝑑𝑥
Introdução
Convecção
Transferência de calor entre uma superfície e um fluido através de dois
mecanismos distintos: - Condução
- Advecção
A Convecção pode ser classificada de acordo com o escoamento:
• A Convecção Natural (livre) é induzida por forças de empuxo
ocasionadas por variações de densidade.
• A convecção forçada é causada quando o escoamento é induzido
por meios externos (Ventilador, Bomba...) ou ventos.
Convecção
Lei de Resfriamento de Newton
q“conv  fluxo de calor por 
convecção [W/m2]
h  Coeficiente 
Convectivo de transf. 
de calor [W/m2.K]
Tꝏ  Temperatura do 
fluido
qconv  Tax de transf. de 
calor [W]
A  Área da secção
Introdução
𝑞"𝑐𝑜𝑛𝑣 = ℎ(𝑇𝑆 − 𝑇∞)
A
q”
Tꝏ
TS
𝑞𝑐𝑜𝑛𝑣 = ℎ𝐴(𝑇𝑆 − 𝑇∞)
Introdução
Radiação
Energia emitida pela matéria a uma temperatura maior que 0K na forma de
ondas eletromagnéticas (ou fótons), como resultado de alterações
eletrônicas de átomos e moléculas.
A radiação, diferentemente da condução ou convecção, não necessita de um
meio para ocorrer, podendo ocorrer mesmo que exista vácuo.
Lei de Stefan-Boltzman
q“MAX Energia emitida 
por área [W/m2]
K  Coonstante de 
Stefan-Boltzman
5,67x10-8 W/m2K2
TS  Temperatura 
absoluta da 
superfície [K]
A  Área da superf.
𝑞"𝑀𝐴𝑋 = 𝜎𝑇𝑆
4
𝑞𝑀𝐴𝑋 = 𝜎𝑇𝑆
4A
A
q”
TS
Radiação
O Fluxo de Calor Real é menor do que o emitido por um corpo negro
(radiador ideal)
ε  Emissividade da 
superfície (0≤ε≤1)
α  Absortividade
τ  Transmissividade
ρ  Refletividade 
Introdução
𝑞"𝑅𝑒𝑎𝑙 = 𝜀𝜎𝑇𝑆
4 𝑞 𝑅𝑒𝑎𝑙 = 𝜀𝜎𝑇𝑆
4A
Transmitida
Radiação Incidente
Absorvida ∙
Refletida
Tꝏ ou Tviz
Introdução
Radiação
Considerando ε=α:
q“RAD fluxo líquido 
de transf. De 
calor por 
radiação [W/m2]
qRAD  Taxa de transf. 
de calor.
𝑞"𝑅𝐴𝐷 = 𝜀𝜎(𝑇𝑆
4−𝑇∞
4)
𝑞𝑅𝐴𝐷 = 𝜀𝜎𝐴(𝑇𝑆
4−𝑇∞
4)