transferencia_de_calor_i

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Prof. Juscelino de Almeida Jr 1
Ementa:
- Transferência de calor por condução: equação geral de calor em
regime estacionário sem e com geração de calor.
- Transferência de calor por condução em geometrias compostas
(placas planas, cilindros e esferas).
- Transferência de calor por condução em regime transiente.
- Transferência de calor por convecção: grupos adimensionais-
Reynolds, Prandtl e Nusselt.
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- Transferência de calor por convecção forçada em
escoamentos externos em superfícies planas,
cilíndricas e esféricas: correlações para Nusselt.
OBJETIVOS
Preparar o discente para o dimensionamento
de sistemas térmicos, análise de custos e
eficiência nestes sistemas, bem como a tomada
de decisão baseada nesta análise.
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Avaliações
AV1 [Entrega do estudo de caso (16/10)]
AV2 [Data da prova (27/11)]
AV3 [Data da prova (04/12)]
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INTRODUÇÃO
1.1. Definição
1.2. Mecanismos da Transferência de Calor
A transferência de calor pode ocorrer de 3 modos distintos:
- Condução;
- Convecção;
- Radiação.
“Calor ou transferência de calor é a energia térmica em
trânsito devido a uma diferença de temperatura no espaço”
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APLICAÇÕES 
Residenciais:
Chuveiro, Ar condicionado,
forno, geladeira...
Industriais:
Caldeiras, reatores, prensas,
fornos...
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CAPÍTULO 1 – Mecanismos de Transferência de calor
1.2.1. Condução
Ocorre em sólidos, líquidos e gases em repouso.
xq
 1 2
x
A T T
q
L


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CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.1. Condução
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CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.1. Condução
Lei de Fourier
onde:
q' – Fluxo de calor [W/m²]
k – Condutividade Térmica [W/moC]
𝛻𝑇 – Gradiente de temperatura [oC/m]
q – Taxa de calor [W]
A – Área de troca térmica [m²]
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𝑞′ = −𝑘𝛻𝑇
CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.1. Condução Condutividade térmica
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Exemplo:
A parede da fornalha de uma caldeira é construída de tijolos
refratários com 0,20m de espessura e condutividade térmica
de 1,3 W/mK. A temperatura da parede interna é de 1127oC e a
temperatura da parede externa é de 827oC. Determinar a taxa
de calor perdido através de uma parede com 1,8m por 2,0 m.
 
 
20,0
8271127
6,3.3,1q
x
TT
Akq ei





Dados: Solução
x = 0,20 m
k = 1,3 [W/moC]
Ti = 1127 oC
Te = 827 oC
A = 1,8.2,0 = 3,6 m2
W7020q 
CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.2. Convecção
Quando um fluido a determinada temperatura escoa sobre
uma superfície sólida a temperatura diferente, ocorrerá
transferência de calor entre o fluido e a superfície sólida,
como consequência do movimento do fluido em relação a
superfície.
Abrange dois mecanismos:
- Condução;
- Advecção. 13
CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.2. Convecção
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CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.2. Convecção
Lei de Resfriamento de Newton
  TTAhq w
onde:
q – Taxa de calor [W]
h – Coeficiente de convecção [W/m2 oC]
A – Área [m2]
Tw – Temperatura da parede [
oC]
T – Temperatura do fluido [
oC]
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CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.2. Convecção
CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.2. Convecção
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CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.2. Convecção
O coeficiente de convecção h também chamado de
coeficiente de película depende de :
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 TgVkcDfh p  ,,,,,,,, 
Dimensão Característica ( D )
D: é a dimensão que
domina o fenômeno da
convecção. Ex: diâmetro de
um tubo, altura de uma placa,
etc
Estado de Movimento 
do Fluido ( V,g,ΔT )
V : velocidade do fluido;
g : aceleração da
gravidade;
ΔT : diferença de
temperatura entre a
superfície e o fluido
CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.2. Convecção
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






























etcforçada
externa
ernain
vertical
horizontal
cilíndricaparede
vertical
horizontal
planaparede
natural
gasesemconvecção
t
1.2.2. Convecção
 Convecção Forçada
O movimento ocorre devido a um mecanismo
externo
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1.2.2. Convecção
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 Convecção Natural
O movimento ocorre devido a diferença de
densidade (massa específica)
CAPÍTULO 1 - Mecanismos de Transferência de calor
1.2.2. Convecção
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Meio kcal/h.m².ºC
Ar, convecção natural 5-25
Vapor, convecção forçada 25-250
Óleo, convecção forçada 50-1500
Água, convecção forçada 250-10000
Água convecção em ebulição 2500-50000
Vapor, em condensação 5000-100000
Exemplo:
Ar a Tar = 25
oC escoa sobre uma placa lisa
mantida a Tw = 150
oC. O coeficiente de
convecção é de 80 W/m2 oC. Determinar a
taxa de calor considerando que a placa
possui área de A = 1,5 m2.
Solução:
 
 251505,1.80q
TTAhq w

 
W15000q  23
Referências:
Transferência de Calor. Souza, J.A.
https://plataforma.bvirtual.com.br/Leitor/Publicacao/151080
Processos de Transferência de Calor.
https://bibliotecavirtual.uniasselvi.com.br/livros/livro/173182
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Exercício 1.
A partir da lei de Fourier, escreva as equações
que representam a taxa de transferência de
massa, unidimensional, para as coordenadas:
a) Cartesiana
b) Cilíndrica
c) Esférica
Lei de Fourier
𝑞′ = −𝑘𝛻𝑇
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Exercício 2.
Uma parede de um forno é constituída de 0,20
m de tijolo refratário (k=1,2kcal/h.m.ºC). A
temperatura da superfície interna do refratário é
1675ºC e a temperatura da superfície externa
do isolante é 145ºC. Calcule o calor perdido por
unidade de tempo e por m² de parede;
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Exercício 3.
Um tubo de aço (k=35 kcal/h.m.ºC) tem diâmetro
externo de 3”, espessura de 0,2”, 150 m de
comprimento e transporta amônia a -20ºC (convecção
na película interna desprezível). Sabendo que a
temperatura na face externa do isolamento é 40ºC.
Calcule a taxa de transferência de calor:
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Exercício 4 - O objetivo de um aparelho de ar condicionado é
manter superfície da parede de uma sala a 22ºC. As dimensões
da sala são 15 m de comprimento, 6 m de largura e 3 m de
altura. As paredes da sala, de 25 cm de espessura, são feitas
de tijolos com condutividade térmica de 0,14 Kcal/h.m.ºC e a
área das janelas são consideradas desprezíveis. A face externa
das paredes pode estar até a 40 ºC em um dia de verão.
Desprezando a troca de calor pelo piso e teto, que estão bem
isolados, pede-se o calor a ser extraído da sala pelo
condicionador.
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Exercício 5.
A parede de um edifício tem 30,5 cm de
espessura e foi construída com um material
de k = 1,31 W/m.K. Em dia de inverno as
seguintes temperaturas foram medidas:
temperatura da parede no interior é 21,1ºC;
temperatura da parede no exterior é 10ºC.
Calcular a taxa de transferência de calor.