Aula 02 Introducao FTR

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PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR
UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE
CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA
PROF. ALTAIR CARLOS DA CRUZ
DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRASPORTE
1
Temperatura e Calor (definição)
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Temperatura: Grandeza física que indica a direção
e permite o cálculo da intensidade do fluxo de calor
trocado entre dois corpos.
Calor: Energia que transita entre dois corpos quando
entre eles há uma diferença de temperatura.
Qual a velocidade de uma Troca de Calor?
Velocidade Fluxo de calor
t
Q
tempo de Intervalo
 Aárea uma atravessa que calor de Quantidade
q



3
No SI, o fluxo de calor é dado em J/s ou Watt.
A
T1 > T2
Q
Processos de Transferência de Calor 
• Condução
• Convecção
• Radiação térmica
4
Condução Convecção Radiação térmica
5
Condução
Fonte: 
www.terra.com.br/fisicanet
Transferência de energia de 
partículas mais energéticas para 
partículas menos energéticas por 
contato direto.
Necessita obrigatoriamente de 
meio material para se propagar.
Característico de meios 
estacionários.
6
Condução de Calor
Condução 
A transmissão de calor ocorre, partícula a partícula, somente
através da agitação molecular e dos choques entre as
moléculas do meio.
7
Calor
Condução de calor ao longo de uma barra.
Condução de calor ao longo de gás confinado.
 
T1 > T2
Fluxo de Calor na Condução 
• “Lei de Fourier”:
L
)TT(A
kqcond
21 

8
k é a condutividade térmica [W/(m ºC)]
k (Fe a 300K) = 80,2 W/(m ºC)
k (água a 300K) = 5,9 x 10-1 W/(m ºC)
k (ar a 300K) = 2,6 x 10-2 W/(m ºC)
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Condutividade Térmica de diversas substâncias
Condução - Aplicações e conseqüências
• Conforto térmico corporal;
• Seleção de materiais para empregos específicos na 
indústria (condutores e isolantes). 
10
11
Exercício:
L
)TT(A
kqcond
21 

12
Convecção
Transmissão através da agitação 
molecular e do movimento do 
próprio meio ou de partes deste 
meio;
Movimento de partículas mais 
energéticas por entre partículas 
menos energéticas; 
É o transporte de calor típico dos 
meios fluidos.
Fonte: www.achillesmaciel.hpg.ig.com.br
13
Convecção natural e forçada
Na convecção natural, ou livre, o escoamento do
fluido é induzido por forças de empuxo, que vem de
diferenças de densidade causadas por variação de
temperatura do fluido.
Transporte natural de fluidos
Convecção natural
14
Convecção natural e forçada
Na convecção forçada o fluido é forçado a circular
sobre a superfície por meios externos, como uma
bomba, um ventilador, ventos atmosféricos.
Convecção forçada
Transporte forçado
de fluidos
Fluxo de Calor na Convecção 
• “Lei de Newton do Resfriamento”:
)TT(Ahq sconv 


15
- h é o coeficiente de transferência convectiva 
de calor ou coeficiente de película [W/(m2 ºC)]
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Coeficiente de transferência 
de calor por convecção - h
Processo h [W/(m2 K)]
Convecção natural
Gases
Líquidos
2 – 25
50 – 1.000
Convecção forçada
Gases
Líquidos
25 – 250
50 – 20.000
Convecção com mudança de fase
Ebulição ou condensação 2.500 – 100.000
Fonte: Incropera
Convecção - Aplicações e 
conseqüências
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• Conforto ambiental;
• Refrigeração de circuitos elétricos.
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Irradiação ou radiação térmica
- Toda a matéria que se encontra a uma temperatura
acima do Zero Absoluto (0 K) irradia energia térmica.
- Não necessita de meio material para ocorrer,
pois a energia é transportada por meio de ondas
eletromagnéticas.
Radiação Térmica ou Irradiação 
19
20
Ondas eletromagnéticas
21
Transmissão de calor por Radiação
itra QQQQ  1 tra
22
de)(absorvida 
Q
Q
a
i
a )aderefletivid( Q
Q
r
i
r )vidadetransmissi( 
Q
Q
t
i
t
23
24
Transmissão de calor por Radiação
25
Lei dos Intercâmbios: Todo bom absorvedor é um bom
emissor de radiação térmica e todo bom refletor é um
mau emissor de radiação térmica.
Corpo negro é também o emissor ideal de 
radiação térmica (radiador ideal)!!!!
Corpos Escuros: bons absorvedores e emissores de 
radiação térmica. Ex.: fuligem (a =  = 0,94).
Corpos claros e polidos: maus absorvedores e emissores 
de radiação térmica. Ex.: prata polida (a =  = 0,02).
Fluxo de calor na Radiação
reais) (corpos 
negro) (corpo negro) (corpo 
4rad
4
máxima
rad
T
A
q
E
T
A
q
E






















26
“Lei de Stefan-Boltzmann”:
E – Poder emissivo [W/m2];
 – emissividade (0 ≤  ≤ 1); 
σ – Constante de Stefan-Boltzmann [5,7 x 10-8 W/(m2 K4)];
T – Temperatura absoluta do corpo (K).
Fluxo de calor transferido por radiação
Para a troca de calor por radiação entre duas superfícies,
uma dentro da outra, separadas por um gás que não
interfere na transferência por radiação:
 44 vizinhançaSuperfícierad TT
A
q










 

27
Tsuperfície – Temperatura absoluta da superfície menor, 
suposta mais quente;
Tvizinhança – Temperatura absoluta da superfície maior, 
suposta mais fria.
Radiação Térmica - Aplicações
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• Fonte alternativa de energia;
• Previsões meteorológicas baseiam-se nas 
emissões de infra-vermelho provenientes da terra.
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Processos de Transferência de Calor
Trocador de Calor
Os diferentes mecanismos de
troca térmica ocorrem
simultaneamente nas mais
diversas situações.
Resistência térmica
 
30
 sistema do térmica aresistênci a é R 
e térmico potencial o é T onde, 
R
T
q 


Ah
T
TAhq



1

Ak
L
T
L
T
Akq





Condução Convecção
Mecanismos Combinados de
transferência de calor 










AhAk
L
Ah
qTTTTTT
Ah
q
TT
Ak
Lq
TT
Ah
q
TT
.
1
..
1
.
.
)(
.
.
)(
.
)(
21
433221
2
43
32
1
21




 
tR
totalTq
RRR
TT
AhAk
L
Ah
TT
q







 
321
41
.
2
1
..
1
1
41
31
Mecanismos Combinados de
transferência de calor 
 
A.h
1
A.k
L
A.k
L
A.h
1
TT
RRRR
TT
R
T
q
e2
2
1
1
i
51
eisorefi
51
t
total








 
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33
01 - Uma parede de um forno industrial é construída em tijolos refratário com 0,15m de espessura, cuja
condutividade térmica é de 1,7 W/m.K. Medidas efetuadas ao longo da operação em regime estacionário
revelam temperaturas de 1400 e 1150 K nas paredes internas e externas respectivamente. Qual é a taxa
de calor perdida através de uma parede que mede 0,5 m por 1,2 m?
Resp.: 1.700 W
02 - Calcule a taxa de transferência de calor por convecção natural entre uma seção de área de 20 x 20 m
do telhado de um barracão e o ar ambiente, se a temperatura da superfície do telhado for 27ºC, a
temperatura do ar -3ºC e o coeficiente médio de transferência de calor é igual a 10 W/m2.K.
Resp.: 120.000 W.
03 - Considere uma caixa eletrônica selada de 20 cm de altura, com área da base de 50 cm x 50 cm,
colocada em uma câmara de vácuo. A emissividade da superfície externa da caixa é de 0,95. Os
componentes eletrônicos na caixa dissipam o total de 120 W de potência. A temperatura da superfície
externa da caixa não pode exceder 55 ºC. Determine a temperatura na qual as superfícies ao redor devem
ser mantidas se a caixa
for resfriada apenas por radiação. Assuma que a transferência de calor da
superfície interior da caixa para o suporte seja insignificante.
Resp.27,4ºC
Exercícios
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Exercícios:
04 – As duas superfícies de uma placa de 2 cm de espessura são mantidas a 0ºC e 80ºC,
respectivamente. Se for avaliado que o calor é transferido por meio da placa a uma taxa de 500 W/m2,
determine sua condutividade térmica.
Resp.:0,125 W/m.ºC.
05 – Quatro transistores de potência, cada um dissipando 12W, são montados sobre uma placa fina de
alumínio vertical de 22 cm x 22 cm. O calor gerado pelos transistores deve ser dissipados por ambas as
faces da placa para o ar a 25ºC, que é soprado ao longo da placa por um ventilador. A superfície exposta
do transistor pode ser tomada como sua área de base. Considerando que o coeficiente médio de
transferência de calor por convecção é 25 W/m2.ºC, determine a temperatura da placa de alumínio.
Desconsidere qualquer efeito de radiação.
Resp.: 64,7ºC.
06 – Considere uma pessoa em pé em uma sala mantida a 20ºC. As superfícies internas de paredes, pisos
e teto da casa estavam a uma temperatura média de 12ºC no inverno e 23ºC no verão. Determine as taxas
de transferência de calor por radiação entre essa pessoa e as superfícies em seu entorno no verão e no
inverso, considerando que a área de superfície exposta, a emissividade e a temperatura média da
superfície exposta da pessoa são 1,6 m2, 0,95 e 32ºC, respectivamente.
Resp.: Verão: 84,2W ; Inverso: 177,2W
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