A maior rede de estudos do Brasil

Grátis
240 pág.
Apostila-PME3361-Aulas-1-a-25- RESUMO de FT2

Pré-visualização | Página 1 de 42

ESCOLA POLITÉCNICA DA USP 
DEPTO. DE ENGENHARIA MECÂNICA 
SISEA – LAB. DE SISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS 
www.usp.br/sisea 
 
 
 
 
 
 
 
PME – 3361 Processos de Transferência de Calor 
 
Prof. Dr. José R Simões Moreira 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2o semestre/2017 
versão 1.5 
primeira versão: 2005 
 Notas de aula de PME 3361 – Processos de Transferência de Calor 
 
____________________________ 
http://www.usp.br/sisea/- © José R. Simões Moreira – atualização Agosto/2017 
2 
 
 
 
 
OBSERVAÇÃO IMPORTANTE 
 
 
 
Este trabalho perfaz as Notas de Aula da disciplina de PME 
3361 - Processos de Transferência de Calor (antiga PME 
2361) ministrada aos alunos do 3º ano do curso de 
Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da USP. 
 
O conteúdo aqui apresentado trata de um resumo dos 
assuntos mais relevantes do livro texto “Fundamentos de 
Transferência de Calor e Massa” de Incropera e Dewitt. 
Também foram utilizados outros livros-texto sobre o 
assunto para um ou outro tópico de interesse, como é o 
caso do “Transferência de Calor” de Holman. 
 
O objetivo deste material é servir como um roteiro de 
estudo, já que tem um estilo quase topical e ilustrativo. De 
forma nenhuma substitui um livro texto, que é mais 
completo e deve ser consultado e estudado. 
 
 
 
 
 
 Notas de aula de PME 3361 – Processos de Transferência de Calor 
 
____________________________ 
http://www.usp.br/sisea/- © José R. Simões Moreira – atualização Agosto/2017 
3 
 
Prof. José R. Simões Moreira 
 
Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/2457667975987644 
 
 
Breve Biografia 
 
Graduado em Engenharia Mecânica pela Escola Politécnica da USP (1983), Mestre em 
Engenharia Mecânica pela mesma instituição (1989), Doutor em Engenharia Mecânica - 
Rensselaer Polytechnic Institute (1994) e Pós-Doutorado em Engenharia Mecânica na 
Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (1999). Atualmente é Professor Associado da 
Escola Politécnica da USP, professor do programa de pós-graduação do Instituto de Energia e 
Meio Ambiente (IEE-USP), professor de pós-graduação do programa de pós-graduação em 
Engenharia Mecânica da EPUSP, pesquisador do CNPq, consultor ad hoc da CAPES, CNPq, 
FAPESP, entre outros, Foi secretário de comitê técnico da ABCM, Avaliador in loco do 
Ministério da Educação. Tem experiência na área de Engenharia Térmica, atuando 
principalmente nos seguintes temas: mudança de fase líquido-vapor, uso e processamento de gás 
natural, refrigeração por absorção, tubos de vórtices, sensores bifásicos, energia solar, ciclos 
termoquímicos e sistemas alternativos de transformação da energia. Tem atuado como revisor 
técnico de vários congressos, simpósios e revistas científicas nacionais e internacionais. 
MInistra(ou) cursos de Termodinâmica, Transferência de Calor, Escoamento Compressível, 
Transitórios em Sistemas Termofluidos e Sistemas de Cogeração, Refrigeração e Uso da 
Energia e Máquinas e Processos de Conversão de Energia. Coordenou cursos de especialização 
e extensão na área de Refrigeração e Ar Condicionado, Cogeração e Refrigeração com Uso de 
Gás Natural, termelétricas, bem como vários cursos do PROMINP. Atualmente coordena um 
curso de especialização intitulado Energias Renováveis, Geração Distribuída e Eficiência 
Energética por meio do PECE da Poli desde 2011 em sua décima quarta edição. Tem sido 
professor de cursos de extensão universitária para profissionais da área de termelétricas, 
válvulas e tubulações industriais, ar condicionado, tecnologia metroferroviária e energia. Tem 
participado de projetos de pesquisa de agências governamentais e empresas, destacando: 
Fapesp, Finep, Cnpq, Eletropaulo, Ipiranga, Vale, Comgas, Petrobras, Ultragaz e Fapesp/BG-
Shell. Foi agraciado em 2006 com a medalha ´Amigo da Marinha`. Foi professor visitante na 
UFPB em 2000 - João Pessoa e na UNI - Universitat Nacional de Ingenieria em 2002 (Lima - 
Peru). Foi cientista visitante em Setembro/2007 na Ecole Polytechnique Federale de Lausanne 
(Suiça) dentro do programa ERCOFTAC - ´European Research Community On Flow, 
Turbulence And Combustion`. Participou do Projeto ARCUS na área de bifásico em 
colaboração com a França. Foi professor visitante no INSA - Institut National des Sciences 
Appliquées em Lyon (França) em junho e julho de 2009. Tem desenvolvido projetos de cunho 
tecnológico com apoio da indústria (Comgas,Eletropaulo, Ipiranga, Petrobras e Vale). Possui 
duas patentes. É autor de mais de 100 artigos técnico-científicos, além de ser autor dos livros 
“Energias Renováveis, Geração Distribuída e Eficiência Energética (2017) e "Fundamentos e 
Aplicações da Psicrometria" (1999), beom como autor de um capítulo do livro "Thermal Power 
Plant Performance Analysis" (2012). Já orientou mais de 20 mestres e doutores, além de cerca 
de 50 trabalhos de conclusão de curso de graduação e diversas monografias de cursos de 
especialização e de extensão, bem como trabalhos de iniciação científica, totalizando um 
número superior a 90 trabalhos. Possui mais de 100 publicações, incluindo periódicos tecnico-
científicos nacionais e internacionais. Finalmente, coordena o laboratório e grupo de pesquisa 
da EPUSP de nome SISEA - Lab. de Sistemas Energéticos Alternativos. 
 
 Notas de aula de PME 3361 – Processos de Transferência de Calor 
 
____________________________ 
http://www.usp.br/sisea/- © José R. Simões Moreira – atualização Agosto/2017 
4 
AULA 1 - APRESENTAÇÃO 
 
1.1. INTRODUÇÃO 
 
Na EPUSP, o curso de Processos de Transferência de Calor sucede o curso de 
Termodinâmica clássica no 3º ano de Engenharia Mecânica. Assim, surge de imediato a 
seguinte dúvida entre os alunos: Qual a diferença entre “Termo” e “Transcal”? ou “há 
diferença entre elas”? 
Para responder à essa dúvida, vamos considerar dois exemplos ilustrativos das áreas de 
aplicação de cada disciplina. Para isso, vamos recordar um pouco das premissas da 
Termodinâmica. 
 
A Termodinâmica lida com estados de equilíbrio térmico, mecânico e químico, e é 
baseada em três leis fundamentais: 
 
- Lei Zero (“equilíbrio de temperaturas” – permite a medida de 
 temperatura e o estabelecimento de uma escala de temperatura) 
- Primeira Lei (“conservação de energia” – energia se conserva) 
- Segunda Lei (“direção em que os processos ocorrem e limites de 
 conversão de uma forma de energia em outra”) 
 
 
Dois exemplos que permitem distinguir as duas disciplinas: 
 
(a) Equilíbrio térmico – frasco na geladeira 
 
Considere um frasco fora da geladeira à temperatura ambiente. Depois, o mesmo é 
colocado dentro da geladeira, como ilustrado. Claro que, inicialmente, fG TT  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 inicial final 
 
 
 As seguintes análises são pertinentes, cada qual, no âmbito de cada disciplina: 
 
Termodinâmica: TmcUQT  - fornece o calor total necessário a ser transferido 
do frasco para resfriá-lo baseado na sua massa, diferença de temperaturas e calor 
específico médio – APENAS ISTO! 
 
frasco 
ambientef TT  Gf TT 
t
 Notas de aula de PME 3361 – Processos de Transferência de Calor 
 
____________________________ 
http://www.usp.br/sisea/- © José R. Simões Moreira – atualização Agosto/2017 
5 
Transferência de calor: responde outras questões importantes, tais como: quanto 
tempo  t levará para que o equilíbrio térmico do frasco com seu novo ambiente 
(gabinete da geladeira), ou seja, para que Tf = TG seja alcançado? É possível reduzir (ou 
aumentar) esse tempo? 
 
Assim, a Termodinâmica não informa nada a respeito do intervalo de tempo t para 
que o estado de equilíbrio da temperatura