Mapa Conceitual Convecção Termica

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TRANSFERÊNCIA DE CALOR - CONVECÇÃO
Definição
Transferência de calor que ocorre entre uma superfície e
um fluido em movimento quando eles estiverem a
diferentes temperaturas.
𝑄𝐶𝑂𝑁𝑉
As Camadas-Limite da Convecção
Camada-Limite de Velocidade
Camada-Limite Térmica
Camada-Limite de Concentração
τ𝑠 = 𝜇
𝜕𝑢
𝜕𝑦
𝑦=0
𝑞′′𝑠 = −𝑘𝑓
𝜕𝑇
𝜕𝑦
𝑦=0
Lei de Fick
𝑁′′𝐴, 𝑠 = −𝐷𝐴𝐵
𝜕𝐶𝐴
𝜕𝑦
𝑦=0
Para o escoamento sobre qualquer superfície existirá sempre uma camada-limite de velocidade e, portanto,
atrito na superfície. Da mesma maneira, uma camada-limite térmica e, assim, transferência de calor por
convecção estarão sempre presentes se houver diferença entre as temperaturas na superfície e na corrente
livre. Analogamente, uma camada-limite de concentração e transferência de massa por convecção estarão
presentes se a concentração de uma espécie na superfície for diferente da sua concentração na corrente
livre.
Coeficientes Convectivos
Locais e Médios 
Transferência de calor por convecção
q= തℎ 𝐴𝑆 𝑇𝑆 − 𝑇∞
coeficientes convectivos médio
തℎ =
1
𝐿
න
0
𝐿
ℎ 𝑑𝑥
Escoamentos Laminar e Turbulento
camada-limite laminar
camada-limite completamente turbulenta
o movimento do fluido é altamente ordenado, sendo
possível identificar linhas de corrente ao longo das quais
as partículas do fluido se movem.
em geral, altamente irregular, sendo caracterizado pelo
movimento tridimensional aleatório de parcelas
relativamente grandes do fluido.
número de Reynolds 𝑅𝑒𝑥 =
𝜌𝑢∞𝑥
𝜇
Parâmetros Adimensionais
número de Prandtl
𝑃𝑟
𝑛 ≈
𝛿
𝛿𝑡número de Nusselt
𝑁𝑢𝐿 =
ℎ 𝐿
𝑘𝑓número de Bio
Bi =
ℎ𝑚 𝐿
𝐷𝐴𝐵
Placa Plana em 
Escoamento Paralelo
coeficiente convectivo local
ℎ𝑥 =
𝑞′′𝑆
𝑇𝑆−𝑇∞
= −
𝑇∞−𝑇𝑆
𝑇𝑆−𝑇∞
𝑘
𝜕𝑇∗
𝜕𝑦 𝑦=0
número de Nusselt local
𝑁𝑢𝑥 =
ℎ𝑥
𝑥
𝑘
= 0,332 𝑅𝑒𝑥
1/2
𝑃𝑟1/3 (Pr≈> 0,6))
Metodologia para um 
Cálculo de Convecção
1. Reconheça imediatamente a geometria do escoamento
2. Especifique a temperatura de referência apropriada e determine as propriedades
do fluido pertinentes naquela temperatura
3. Nos problemas de transferência de massa, as propriedades pertinentes do fluido
são aquelas da espécie B.
4. Calcule o número de Reynolds
5. Decida se um coeficiente local ou um coeficiente médio na superfície é necessário
6. Selecione a correlação apropriada
Cilindro em Escoamento
Cruzado
Outro escoamento externo comum envolve o movimento de um
fluido na direção normal ao eixo de um cilindro circular. O fluido da
corrente livre é levado ao repouso no ponto de estagnação frontal,
com um correspondente aumento de pressão. A partir desse ponto, a
pressão diminui com o aumento de x, a coordenada da linha de
corrente, e a camada-limite se desenvolve sob a influência de um
gradiente de pressão favorável (dp/dx < 0).
Cilindro em Escoamento
Cruzado
Os efeitos da camada-limite associados ao
escoamento sobre uma esfera são muito
semelhantes àqueles no cilindro circular, com
a transição e a separação representando papéis
importantes.
Jatos Colidentes
Um único jato de gás ou uma série de jatos, colidindo
perpendicularmente sobre uma superfície, podem ser
usados para se obter melhores os coeficientes no
aquecimento por convecção, no resfriamento ou na
secagem. As aplicações incluem a têmpera de placas de
vidro, o tratamento térmico de chapas metálicas, a
secagem de produtos têxteis e de papel, o resfriamento
de componentes aquecidos em motores de turbinas
a gás e o degelo de sistemas em aeronaves.
Considerações Fluidodinâmicas
Ao analisar o escoamento externo, é necessário perguntar
somente se o escoamento é laminar ou turbulento.
Entretanto, em um escoamento interno, também temos
que estar atentos para a existência de regiões de entrada e
plenamente (ou completamente) desenvolvida.
O Balanço de Energia
𝑞𝑐𝑜𝑛𝑣 = ሶ𝑚𝐶𝑝 𝑇𝑚,𝑠𝑎𝑖 − 𝑇𝑚,𝑒𝑛𝑡 Intensificação da Transferência de Calor
A intensificação pode ser obtida pelo aumento de
coeficiente convectivo e/ou pelo aumento da área
superficial na qual há a convecção. Por exemplo, h pode
ser elevado pela introdução de rugosidade superficial, que
aumenta a turbulência. fluxo mássico local
𝑛𝐴
𝑛 = തℎ𝑚 𝜌𝐴,𝑆 − 𝜌𝐴,𝑚
Considerações Físicas
Convecção natural, o movimento do fluido é devido às
forças de empuxo no seu interior, enquanto na convecção
forçada o movimento é imposto externamente. O empuxo
é devido à presença combinada de um gradiente de
densidade no fluido e de uma força de corpo que é
proporcional à densidade.
Os Efeitos da Turbulência
As camadas-limite de convecção natural não estão
restritas ao escoamento laminar. Como na convecção
forçada, instabilidades fluidodinâmicas podem aparecer.
Isto é, distúrbios no escoamento podem ser amplificados,
levando à transição de escoamento laminar para
turbulento.
Transferência de Massa por Convecção
A variações de densidade no fluido, que podem aparecer a
partir de gradientes de concentração de espécies, assim
como de gradientes de temperatura. Consequentemente,
uma forma mais geral para o número de Grashof.
𝐺𝑟𝐿 =
𝑔 ∆𝜌/𝜌 𝐿3
𝑣2
=
𝑔 𝜌𝑆 − 𝜌∞ 𝐿
3
𝜌𝑣2
Introdução à Convecção
Escoamento Externo
Escoamento Interno
Convecção Natural
AUTOR: Eng. Energ. Manoel Nazareno