TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO FORÇADA AO REDOR DE CORPOS SÓLIDOS EM MEIO GASOSO
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TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO FORÇADA AO REDOR DE CORPOS SÓLIDOS EM MEIO GASOSO


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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA QUIMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BARBARA LOPES BORGES 
FRANCIELI CAROLINA SOUZA RIBEIRO 
VICTOR EIDY RIBEIRO TAKIGAMI 
JUAN CARLO BALLAN SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO FORÇADA AO REDOR DE 
CORPOS SÓLIDOS EM MEIO GASOSO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA B 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apucarana 
2019 
 
 
 
BARBARA LOPES BORGES 
FRANCIELI CAROLINA SOUZA RIBEIRO 
VICTOR EIDY RIBEIRO TAKIGAMI 
JUAN CARLO BALLAN SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO FORÇADA AO REDOR DE 
CORPOS SÓLIDOS EM MEIO GASOSO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado como requisito para 
obtenção de nota parcial na disciplina de 
Laboratório de Engenharia Química B, do 
curso de Engenharia Química, Universidade 
Tecnológica Federal do Paraná. 
 
Docente: Profª. Drª Maraisa Lopes de 
Menezes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apucarana 
2019 
 
 
RESUMO 
 
A transferência de calor pode ocorrer de diversas formas, como por exemplo por 
convecção forçada, que consiste na troca térmica entre uma superfície e um fluido em 
movimento. A convecção forçada é realizada por ação de meios externos como, 
sopradores, ventiladores ou bombas, por exemplo. O presente trabalho tem o objetivo 
de estudar a transferência de calor por convecção forçada ao redor da superfície de 
um cilindro aquecido por meio do escoamento de um fluido gasoso. O cálculo da 
quantidade de calor trocado entre a superfície e o fluido pode ser realizado utilizando 
a Lei de Resfriamento de Newton. Para analisar estas trocas de calor, utilizou-se um 
túnel de vento com um anemômetro acoplado e termopares ligados a um cilindro de 
alumínio em seu interior. Assim registrou-se a temperatura ambiente e de cada 
termopar correspondente, variando a velocidade de escoamento do fluido. Analisou-
se o comportamento dos valores de Nusselt em relação ao número de Reynolds e 
calculou-se os coeficientes convectivos e comparou-se os dados experimentais com 
valores teóricos de outros modelos matemáticos empíricos propostos por Hilpert 
(1993) e por Zhukauskas (1972). Os modelos experimentais e teóricos apresentaram 
o mesmo comportamento linear, porém com altos desvios. Os erros causados podem 
ser justificados pela posição do anemômetro e imprecisão dos instrumentos. 
 
Palavras-chave: Transfêrencia de Calor, Convecção forçada ao redor de cilindros. 
Lei de Newton de Resfriamento, Hilpert, Zhukauskas. 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1 - Desenvolvimento da camada-limite de velocidade sobre uma placa plana.
 .................................................................................................................................... 8 
Figura 2 - Equipamento para o ensaio de transferência de calor por convecção 
forçada ao redor de corpos sólidos. .......................................................................... 13 
Figura 3 - Gráfico de coeficiente convectivo versus velocidade ............................... 18 
Figura 4 - Gráfico de valores de Nusselt experimentais, Hilbert e Zhukauskas versus 
Reynolds ................................................................................................................... 21 
Figura 5 - Linearização de Nusselt versus Reynolds ................................................ 23 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 - Valores de Red, C e m .............................................................................. 10 
Tabela 2 - Valores de Red, C e m para Nud ............................................................... 11 
Tabela 3 - Temperatura dos termopares para cada velocidade................................ 15 
Tabela 4 - Propriedades do ar na temperatura de filme ............................................ 16 
Tabela 5 - Dados de coeficiente convectivo, Nusselt e Reynolds a partir dos 
resultados experimentais nas velocidades de escoamento ...................................... 17 
Tabela 6 - Valores de Red, C e m ............................................................................. 19 
Tabela 7 - Valores obtidos experimentalmente ......................................................... 20 
Tabela 8 - Nusselt experimental e teórico ................................................................. 22 
Tabela 9 - Desvio médio de C e m ............................................................................ 24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 7 
2. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................................................ 12 
2.1. MATERIAIS ......................................................................................................................... 12 
2.2. MÉTODOS ........................................................................................................................... 14 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................................ 14 
4. CONCLUSÃO ............................................................................................................................. 25 
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 26 
 
 
7 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Os fenômenos de transferência de calor são objetos de intensa pesquisa em 
diversas áreas da engenharia, química e física, estando associados a processos de 
fabrico/transformação e ações acidentais (e.g., incêndios) característicos de diversas 
indústrias como a química, metalúrgica, mecânica, elétrica e construção civil, dentre 
outras. 
Condução e convecção são dois mecanismos de transferência de calor 
através de sólido/fluido em repouso ou por meio de um fluido na presença do 
movimento da sua massa, respectivamente. A convecção pode ser classificada como 
natural ou forçada, dependendo de como o fluido é iniciado (ÇENGEL, 2012). 
Transferência de calor por convecção, de acordo com Incropera (2014), 
ocorre devido ao movimento molecular aleatório (difusão) ou pelo movimento global 
(advecção), tendo como enfoque neste trabalho, a troca de calor por convecção entre 
um fluido em movimento e uma superfície sólida. Historicamente o coeficiente de 
convecção foi introduzido por Isaac Newton em 1701, como forma de quantificar a 
relação entre o fluxo de calor e a diferença de temperatura (BRANDI, 2010). Tal lei foi 
nomeada Lei de resfriamento de Newton, possuindo constantes e propriedades 
referentes ao fluido em escoamento, como a viscosidade dinâmica µ, condutividade 
térmica \ud835\udc58, densidade \ud835\udf0c, e calor específico \ud835\udc36\ud835\udc5d, assim como a velocidade do fluido \ud835\udc49, 
também é dependente da geometria e da rugosidade da superfície sólida, além do 
tipo de escoamento do fluido, laminar ou turbulento (ÇENGEL, 2012). 
A taxa de transferência de calor é proporcional à temperatura e relacionando-
se com a Lei de Resfriamento de Newton: 
 
 \ud835\udc5e\ud835\udc50\ud835\udc5c\ud835\udc5b\ud835\udc63 = \u210e \ud835\udc34\ud835\udc60(\ud835\udc47\ud835\udc60 \u2212 \ud835\udc47\u221e) (\ud835\udc4a) (1) 
 
Em que: 
\u210e - Coeficiente de transferência de calor por convecção, W/m². K; 
\ud835\udc34\ud835\udc60 - Área de transferência de calor, m²; 
8 
 
\ud835\udc47\ud835\udc60 - Temperatura da superfície, °C; 
\ud835\udc47\u221e - Temperatura do fluido suficientemente longe da superfície, °C. 
 
Convecção forçada é quando o escoamento é causado por agentes externos, 
laminar ou turbulento, como uma bomba ou um ventilador.