Fundamentos da Convecção

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Fundamentos da convecção
Mecanismo de transferência de calor através de um fluido, na presença de movimento 
de massa de um fluido.
- O movimento do fluido aumenta a transferência de calor, uma vez que coloca mais 
partes quentes e frias do fluido em contato, iniciando altas taxas de condução em um 
maior número de pontos em um fluido.
- Quanto maior a velocidade do fluido, maior a taxa de transferência de calor.
- A transferência de calor por convecção depende das propriedades do fluido, como:
Também depende da geometria e da rugosidade da superfície sólida, além do tipo do 
escoamento do fluido (laminar ou turbulento).
Lei de Newton do Resfriamento - a taxa de transferência de calor por convecção é 
proporcional à diferença de temperatura.
 
Número de Nusselt
Adimensionalização do coeficiente de transferência de calor h usando o número de 
Nusselt, definido como:
{
Viscosidade dinâmica µ
condutividade térmica e
Densidade P
calor específico cp
velocidade ✓
écomo = h (Ts -To ) (W / m2 )
Ó coro = h . As(Ts -To) (W )
h = - K (at / ay)
Nu = blake
O número de Nusselt representa o aumento da transferência de calor através de uma 
camada de fluido como resultado da convecção em relação à condução de calor no 
mesmo fluido em toda a camada. Quanto maior for o número de Nusselt, mais eficaz 
será a convecção. 
Quando Nu=1 para uma camada de fluido representa que a transferência de calor em 
toda a camada será por condução.
Escoamento natural e forçado
- Escoamento natural: qualquer movimento do fluido é devido aos meios naturais, como 
o efeito empuxo, que se manifesta com o fluido mais quente subindo e com o fluido 
mais frio descendo.
- Escoamento forçado: o fluido é forçado a fluir através de um superfície ou em um tubo 
por meios externos, como a bomba ou um ventilador.
Camada limite térmica
A camada limite térmica desenvolve-se quando um fluido 
a uma temperatura especificada escoa ao longo de uma 
superfície que se encontra a uma temperatura diferente.
A espessura da camada limite térmica aumenta na direção do escoamento, pois os 
efeitos da transferência de calor são sentidos a distâncias maiores no escoamento a 
jusante da superfície. 
%Ea-nj.EE#--Nu-oooooooEi
Número de Prandtl
Observando que a velocidade do fluido tem uma forte influência sobre o perfil de 
temperatura, o desenvolvimento da camada limite hidrodinâmica em relação à camada 
limite térmica terá um forte efeito sobre a transferência de calor por convecção.
A espessura relativa das camadas limite hidrodinâmica e térmica é mais bem descrita 
pelo parâmetro adimensional do número de Prandtl, definido como:
Número de Reynolds
Equações diferenciais da convecção 
- A equação da continuidade
Esta é a conservação de massa em forma diferencial.
-A equação da quantidade de movimento
Este é o balanço de quantidade de movimento na direção x
-Equação da conservação de energia
Equação de energia para escoamento permanente bidimensional de um fluido com 
propriedades constantes e tensão de cisalhamento desprezível. Estabelece que a 
energia líquida transportada por convecção pelo fluido fora do volume de controle é 
igual à energia líquida transferida para o volume de controle por condução de 
calor.
Pr = Diversidademolecular de quantidade demovimento =à = ç¥Difuaidode molecular de calor
ceara .
E.+ ¥,
= o
%
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+ v Es) = u sipa -IJX
e↳ ( uE. + ✓ Ey) =HEI + FE )
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