Aula 14_Convecção de calor

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Bruna de Souza Nascimento
Professora: Bruna de Souza Nascimento
 bruna.nascimento@dca.ufla.br
GCA 112 - TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA
Aula 14 – Introdução à Convecção
1
 Mecanismo físico de TC e TM por convecção
 Camada limite térmica e de concentração
 Coeficiente de película
Veremos: 
Bruna de Souza Nascimento
Até o momento a nossa atenção estava voltada para os processos de TC por condução e a convecção era vista apenas como condição de contorno para os problemas de TC por condução 
2
Bruna de Souza Nascimento
Abrange 2 mecanismos
 
Movimento molecular aleatório
Movimento global do fluido
Convecção - Mecanismos
Movimento do Fluido
(aumento da velocidade) 
Aumenta a Transferência de calor/massa
Então esse aumento da velocidade explica a sensação de mais frio?
(Dados Inmet - Instituto Nacional de Meteorologia)
Velocidade do vento = 3 m/s
T∞ = 10°C
Sens. Térmica = 7ºC
Velocidade do vento = 6 m/s
T∞ = 10°C
Sens. Térmica = 3ºC
Velocidade do vento = 6 m/s
T∞ = -6°C
Sens. Térmica = -18ºC
Exemplo: imagine um dia frio
Situação 1
Situação 2
Situação 3
Bruna de Souza Nascimento
Lei de Resfriamento de Newton 
Quantificação do fenômeno
Viscosidade dinâmica (μ)
Condutividade térmica (k)
Densidade (r)
Calor específico (cp)
Velocidade do fluido (V)
 Geometria e rugosidade da superfície sólida
Tipo de escoamento 
O h e o hm (coeficiente de transferência de calor (h) ou massa (hm) por convecção) é um para parâmetro que de depende de: 
A camada limite
O escoamento de fluidos é muitas vezes confinado por superfícies sólidas (dentro de tubulações ou sobre uma superfície).
Como a presença de superfícies afeta o escoamento?
Bruna de Souza Nascimento
Camada limite se desenvolve sempre que há escoamento de um fluido sobre uma superfície!
Condição de não deslizamento 
Perfil de velocidade
Camada limite hidrodinâmica
Região do escoamento adjacente à parede em que os efeitos viscosos (e, portanto os gradientes de velocidade) são significativos
Importância: relação com a tensão de cisalhamento, portanto, com os efeitos de atrito (Cf ) na superfície.
Equação para calcular tensão de cisalhamento para fluido newtoniano.
10
Exemplos:
Camada limite térmica/concentração
Se houver diferença de temperaturas/concentrações entre o fluido e uma superfície, uma camada limite térmica/concentração irá se desenvolver da mesma forma que uma camada limite hidrodinâmica se forma quando há o escoamento do fluido sobre uma superfície.
Espessura da camada limite
y
x
Relação entre as condições na camada limite e o coeficiente convectivo
A qualquer distância x da aresta frontal da superfície sólida, a transferência de calor da camada de fluido adjacente à superfície acontece devido à condução, devido a condição de não deslizamento:
Significado Físico
O gradiente de temperatura ( ) diminui com o aumento de
 x, portanto qs e h diminuem com o aumento de x.
A qualquer distância x da aresta frontal da superfície sólida, a transferência de massa da camada de fluido adjacente à superfície acontece devido à difusão, devido a condição de não deslizamento:
-
Coeficiente convectivo local e médio
T∞
u∞
As, Ts
q”
dx
L
A taxa de TC (q) pode ser obtida pela integração do fluxo local ao longo de toda a superfície
Definindo um coeficiente convectivo médio para toda a superfície, a taxa de TC total também pode ser escrita na forma:
Igualando com a equação anterior
No caso em estudo
Camada limite Laminar ou turbulenta
Exemplo 15: água escoa a um velocidade de 1m/s sobre uma placa plana de comprimento de 0,6m. Considere que a temperatura da água é de aproximadamente 300K e que nas regiões laminar e turbulenta, medidas experimentais mostram que os coeficientes convectivos locais são bem escritos pelas relações 
Determine o coeficiente convectivo médio sobre a placa inteira. 
Propriedades da água a 300K: μ = 855x10-6 N.s/m2; ρ = 997 kg/m3
Propriedades da água a 350K: μ = 365x10-6 N.s/m2; ρ = 974 kg/m3
Esse exemplo é o exemplo resolvido 6.4 do capítulo 6 do Incropera 
)
(
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1
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x
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0
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x
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turb