UNIDADE I - TRANSFERÊNCIA DE CALOR - CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Prévia do material em texto

23/02/2020
1
UNIDADE I: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA
COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E 
ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Profª. Luana Santana E-mail: profaluanass@gmail.com
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
 Ciência que estuda as taxas de transferência de
calor, consequentemente, o tempo de aquecimento
ou arrefecimento, bem como a variação de
temperatura.
 Diferença de temperatura é a força motriz da
Transferência de calor
Figura 1- Transferência de energia térmica (COPETTI, 2020)
23/02/2020
2
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
 Engenharia
 Projeto e otimização de equipamentos;
 Isolamento térmico;
 Controle de temperatura;
 Controle de temperatura.
Figura 2- Trocador de calor de tubos concêntricos e a representação de um sistema de aquecimento 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
 Calor
Figura 3- Trocador de calor de tubos concêntricos e a representação de um sistema de aquecimento 
23/02/2020
3
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
 Energia térmica
A energia térmica pode ser transmitida de um corpo
para outro seguindo as leis da termodinâmica de
três maneiras diferentes
Figura 4- Representação microscópica e macroscópica de um sistema energético
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Figura 5- Comparação entre as escalas de temperatura
23/02/2020
4
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Figura 6- Comparação entre as formas de transmissão de calor
CONDUÇÃO CONVECÇÃO RADIAÇÃO
TRANSPORTE POR CONDUÇÃO
Figura 7- Associação da transferência de calor à difusão de energia devido a atividade molecular
23/02/2020
5
TRANSPORTE POR CONDUÇÃO
Figura 8- Representação da transmissão de calor em uma superfície sólida
TRANSPORTE POR CONDUÇÃO
q: Energia térmica transferida por unidade de tempo (W)
q”: Energia térmica transferida por unidade de tempo e área de superfície 
(W/m2)
23/02/2020
6
TRANSPORTE POR CONDUÇÃO
Figura 9- Representação da transmissão de calor em uma superfície sólida
TRANSPORTE POR CONDUÇÃO
 As paredes de um forno industrial foram construídas de
argila com 0,15 m de espessura. Medições encontraram
temperaturas de 1400 K e 1150 K na parte interna e
externa da parede respectivamente. Qual será a perda
de calor em uma parede de dimensão 0,5 mX 1, 2 m?
23/02/2020
7
TRANSPORTE POR CONVECÇÃO
Figura 10- Processo de transmissão de calor por convecção 
TRANSPORTE POR CONVECÇÃO
Figura 11- Representação de transmissão de calor por convecção durante um aquecimento
23/02/2020
8
TRANSPORTE POR CONVECÇÃO
Figura 12- Processos de transmissão de calor (a) convecção natural; (b) convecção forçada; (c) ebulição; (d) condensação
TRANSPORTE POR CONVECÇÃO
 Em determinados procedimentos podem ocorrer
transferência de calor entre o meio e as nossas mãos.
Supondo que a única forma de transmissão existente
seja por convecção e os meios sejam água e ar.
Determine qual condição é a mais fria. Contraste
estes resultados com uma perda de calor de 30 W /
m2 em condições normais de uma sala.
23/02/2020
9
TRANSPORTE POR RADIAÇÃO
Figura 13- Representação de transmissão de calor por radiação
(a) Em uma superfície (b) entre uma superfície e uma grande vizinhança
TRANSPORTE POR RADIAÇÃO
A Lei de Stefan-Boltzmann
Superfície real
23/02/2020
10
TRANSPORTE POR RADIAÇÃO
Quantidade de radiação absorvida
Figura 14- Representação da radiação incidente na superfície de um corpo
TRANSPORTE POR RADIAÇÃO
Superfície pequena envolta por uma superfície 
isotérmica muito maior
Figura 15- Representação da troca de radiação entre superfícies de diferentes tamanhos
23/02/2020
11
TRANSPORTE POR RADIAÇÃO
 Um objeto é colocado em contato com uma grande
câmara, devido a diferença de teperaturas haverá
perda de calor. Assim, determine: (a) Taxa de
emissão de radiação da superfície; (b) Taxa líquida
de troca de radiação entre a superfície e as
paredes da câmara.
EXERCÍCIO
 Um duto de vapor não isolado passa por uma sala,
em que as paredes e o ar estão a 25 ºC. O
diâmetro externo do duto é 70 mm, e sua
temperatura e emissividade são 200ºC e 0,8,
respectivamente. Quais são o poder emissivo da
superfície e a sua irradiação? Considerando um
coeficiente de convecção de15W/m2K, qual será a
taxa de calor perdida pela superfície por unidade
de comprimento do tubo?
23/02/2020
12
EXERCÍCIO
OPERAÇÕES COM TRANSFERÊNCIA DE CALOR
1. Branqueamento
2. Pasteurização
3. Evaporação e condensação
4. Congelamento
5. Refrigeração
6. Geração de vapor