Mecanismos de transferência de calor e massa

Prévia do material em texto

TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA
2019-2
Profa. Fernanda C Soares
Mecanismos de transferência de calor
Revisão da aula anterior
𝑞𝑥
′′ = −𝑘
𝑇2 − 𝑇1
𝐿
Transferência de calor por condução
Τ𝑊 𝑚2
𝑞𝑥
′′ = 𝑘
𝑇1 − 𝑇2
𝐿
= 𝑘
∆𝑇
𝐿
𝑞′′ = ℎ 𝑇𝑠 − 𝑇∞
Transferência de calor por convecção
Τ𝑊 𝑚2
Duas placas separadas por uma camada de PU expandido de 8 cm
de espessura e condutividade térmica 0,040 W/m.K são mantidas em
temperatura constante de 180 °C e 50 °C. Qual é o fluxo de calor na
camada de PU?
Exercício 1
A espessura de resíduos depositados na forma de
placas em dentes pode ser estimada por meio da
transferência de calor. Considere os seguintes parâmetros
experimentais: condutividade térmica da placa de resíduos
0,20 W/m.K e o fluxo de calor médio na superfície da placa
de 667 W/m2 para um gradiente de temperatura médio
padrão de 5 °C ao longo da espessura. Diante dessas
informações e supondo uma transferência de calor
unidimensional e em regime permanente, estimar a
espessura das placas de resíduos.
Exercício 2
Uma mufla, com cavidade refratária de dimensões 15 cm x 15 cm x 20 cm
e espessura de parede de 5 cm opera com temperatura interna de parede igual a
550°C. Se a taxa de transferência de calor, através das paredes da mufla é de
1360 W e a condutividade térmica da parede é igual a 0,90 W/m.K, determinar a
temperatura da face externa da parede dessa mufla.
Exercício 3
Exercício 4
Você vivenciou um resfriamento por convecção se alguma vez você
estendeu sua mão para fora da janela de um carro em movimento ou a
imergiu em uma corrente de água. Com a superfície de sua mão a uma
temperatura de 30 °C, determine o fluxo de calor por convecção para:
a. Uma velocidade do veículo de 35 km/h no ar a -5 °C, com um coeficiente
convectivo de 40 W/m2K.
b. Uma corrente de água com velocidade de 0,2 m/s, temperatura de 10 °C
e coeficiente convectivo de 900 W/m2K.
c. Qual a condição que o faria sentir mais frio?
RADIAÇÃO
A radiação térmica é a energia emitida pela matéria que se
encontra a uma temperatura diferente de zero.
Emissão atribuída a mudanças nas configurações eletrônicas dos
átomos ou moléculas que constituem a matéria.
A energia do campo de radiação é transportada por ondas
eletromagnéticas (fótons).
Não precisa de um meio material para transferência de energia.
Ocorre mais eficientemente no vácuo.
MATERIAIS
Metal aquecido
Excitação eletrônica = liberação de fótons dentro do espectro visível, na 
faixa de determinada cor.
Quando a radiação incide na matéria
itra QQQQ =++
1=++ tra
de)(absorvida 
Q
Q
a
i
a= )aderefletivid( Q
Q
r
i
r= )vidadetransmissi( 
Q
Q
t
i
t=
Modelos adotados
Reflexão
O refletor perfeito (espelho ideal), r=1
Absorção
Um corpo negro (absorvedor perfeito), a=1
Um corpo cinzento, a < 1.
Transmissão
Um corpo transparente, t≠ 0.
Um corpo opaco, t = 0.
Corpo negro
Um corpo ideal que 
absorve toda a radiação 
nele incidente.
Um emissor ideal de 
radiação térmica 
(radiador ideal)
LEI DE STEFAN-BOLTZMANN- Equação da radiação
𝑞′′ =
ሶ𝑞
𝐴
= 𝜀. 𝜎. (𝑇𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒
4 − 𝑇𝑣𝑖𝑧𝑖𝑛ℎ𝑎𝑛ç𝑎
4 )
Para a troca de calor por radiação entre superfície e vizinhança
pode-se escrever:
 – emissividade (0 ≤  ≤ 1) – medida da eficiência na qual uma superfície emite
energia em relação ao corpo negro.
σ – Constante de Stefan-Boltzmann [5,7 x 10-8 W/(m2.K4)];
T – Temperatura absoluta do corpo (K).
Equação da radiação
Em muitas aplicações é conveniente expressar a troca liquida de
calor por radiação na forma:
ℎ𝑟 – coeficiente de transferência de calor por radiação.
ሶ𝑞 = ℎ𝑟𝐴 𝑇𝑠 − 𝑇𝑣𝑖𝑧
ℎ𝑟 = 𝜀𝜎 𝑇𝑠 + 𝑇𝑣𝑖𝑧 (𝑇𝑠
2 + 𝑇𝑣𝑖𝑧
2 )