Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Introdução aos Processos de Troca de Calor Termodinâmica x Transmissão de Calor : ●Termodinâmica voltada para os processos térmicos e principalmente para o balanço energético e a possibilidade de conversão entre calor e Trabalho. ●Transmissão de Calor: estuda a energia em trânsito devido a diferença de temperaturas Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Calor e sua História ● Grécia antiga: Heraclitus o filósofo do “fluxo e fogo” e os três elementos. ● 1761 - Joseph Blake introduziu o conceito de Calor Latente. ● Thomas Newcommen e James Watt, identificaram uma série de maneiras de transformar trabalho em calor. ● 1797, Benjamin Thompson demonstrou ser possível também converter trabalho em calor (fricção) Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Teorias sobre a Transmissão de Calor ● Teoria do Phlogiston(1767): o calor estava associado a um material chamado “phlogiston”-a substância do calor, que era liberado durante o processo de queima. ● Teoria do Calórico(1770): o calor era uma substância que fluia entre os corpos. ● Primeira Lei da Termodinâmica(1850): comtemplava o calor com uma forma de energia e possibilitava a conversão entre trabalho e calor. Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Conceito de Temperatura ● Temperatura e energia cinética das moléculas ● Temperatura é associada ao nível energético da molécula Movimento térmico de um segmento de proteína alpha-helix. As moéculas tem varios graus de liberdade para se movimentarem tanto na forma vibracional como rotacional.. (Fonte: Heat-Wikipedia, 2007) Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Mecanismos Físicos da Transmissão de Calor ● Condução Térmica ● Convecção Térmica ● Radiação Térmica Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Condução de Calor ● Processo de transferência através da rede de ligações moleculares ● Os tipos de ligações moleculares influem muito no processo de condução Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Lei Geral da Condução ● é diretamente propor- cional á diferença de Temperaturas ● é diretamente propor- cional á Área A ● é inversamente propor- cional á distância L Cosiderando a taxa de transferência de calor por con- dução através de uma barra pode-se dizer que ele: q∝AT L Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Lei de Fourier A Lei Geral da Condução é também conhecida como Lei de Fourier e é definida a partir da proporcionalidade estabelecida anteriormente: ● k é a condutividade térmica do material e ● o sinal negativo representa que o fluxo ocorre sempre no sentido oposto do gradiente de temperaturas. q=−k A ∂T ∂ x ≈−k AT L Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Taxa de Transferêcia de Calor e Fluxo de calor ● Taxa de transferência de calor: é a Trans- ferência de energia total através de um deter- minado corpo e representado pela letra q ● Fluxo de calor: é a Transferência de energia por unidade de área através de um deter- minado corpo e representado pela letra q” Assim: q ' '= q A Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Convecção Térmica A Convecção Térmica é um fenômeno que associa o processo de transferência de calor da condução térmica com o movimento de massa. Por conta disto, este fenômeno ocorre EXCLUSIVAMENTE em fluidos (líquidos e gases). Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Formas da Convecção A convecção térmica é normalmende subdividida em dois grandes grupos de acordo com a força motriz do escoamento: ● Convecção Forçada ou Advecção ● Convecção Natural ou Convecção Livre ● Convecção Mista A combinação destas duas formas dá origem ainda a um terceiro tipo: Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Características Convecção Forçada ● O movimento do fluido ocorre alimentado por uma fonte externa que independe do processo de transferência de calor. ● Exemplos típicos são ventilação forçada e sistemas com bombeamento de fluidos. Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Convecção Natural ● Exemplos clássicos são a brisa marítima e a formação da pluma em torno de um cilindro aquecido. ● neste caso a movimentação do fluido é provocada pela própria variação de densidade durante o processo de troca de calor. Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Convecção Mista ● quando para o processo de troca de calor tanto o escoamento natural como o forçado são importantes. ● Exemplo: a pluma do caso anterior com um escoamento transversal Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Convecção com Mudança de Fase ● É um caso típico onde o processo pode ocorrer tanto através de uma movimentação natural como forçada do fluido, mas deve ocorrer uma transformação de fase líquido-gás durante o processo. ● São exemplos típicos os casos de condensadores, evaporadores, caldeiras, etc. Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Lei Geral da Convecção A lei geral da convecção é também é uma expressão empírica conhecida como Lei de Resfriamento de Newton: onde h é a constante de proporcionalidade conhecida como coeficiente de película ou coeficiente de transferência de calor por convecção. q=h⋅A⋅T s−T ∞ Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Variação do h com o mecanismo da convecção e o tipo de fluido Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Radiação Térmica A radiação térmica apresenta características peculiares sendo o processo de transferência de calor seja caracterizado por: ● o processo é de natureza eletromagnética e portanto independe da presença de meio material para o transporte de energia; ● todos os corpos a temperatura maior que 0K emitem calor por radiação; ● troca líquida de calor somente ocorre se os corpos estiverem a diferentes temperaturas. Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Princípios Básicos da Radiação A quantidade de radiação de um corpo qualquer pode ser calculada pela integral da distribuição de Planck: En=T 4=5,67×10−8W /m2 K 4 Caso se trate de um corpo real, sua e- missão é uma parcela do valor do corpo negro, assim a sua emissão é dada por: E=E n=T 4 Constante de Stefan-Boltzman Emissividade – entre 0 e 1 Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Troca de Calor por Radiação com um ambiente Considerando G a radiação total presente no ambiente tem-se: qrad , , =E−G=En−G sendo a absortivi- dade do material e, para corpos cinzas: = Assim: qrad , , =T 4−T viz 4 ou qrad , , =T 4−T viz 4 Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Coeficiente de Troca de Calor por Radiação A equação anterior para a troca de calor entre um corpo real e um ambiente pode ser reescrita: qrad , , =T 4−T viz 4 = T 2T viz 2 T 2−T viz 2 ou ainda: qrad , , =T 2T viz 2 TT vizT−T viz Assim, definindo: hrad=T 2T viz 2 TT viz A expressão geral fica: qrad , , =hrad T−T viz Tr an sm is sã o de C alo r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Lei da Conservação da Energia Tomando por base um Volume de Controle com troca de Energia, tem-se: E˙ A Armazenada = E˙ e Entrando − E˙ s Saindo E˙G Gerada Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Balanços Aplicados ● Termo Transiente: E˙ A= ∂ E ∂ t = ∂ ∂ t UP⋅V W expansão =∂H ∂ t =⋅V⋅c p⋅ ∂T ∂ t ● Entrada e Saída de Energia: {E˙ e=qeE˙ s=q s ● Energia Gerada: E˙G=q˙⋅V E˙ A= E˙ e− E˙ s E˙G ⋅V⋅c p⋅ ∂T ∂ t =qe−qsq˙V Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Balanço Energético na Superfície Tomando por base um Superfície de Controle com troca de Energia, tem-se: E˙ e Entrando = E˙ s Saindo qe=qs Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Procedimento de Solução de Problemas 1. Levantamento dos dados e questionamentos 2. Fazer um esquema realístico 3. Hipóteses necessárias 4. Utilizar equações físicas adequadas 5. Obter propriedades físicas 6. Realizar os cálculos necessários 7. Considerações finais Fá cil D ifí ci l Tr an sm is sã o de C al o r Pr of . D r . V ic en te L ui z Sc al on Bibliografia ● Incropera e Dewitt (2002) ● Wikipedia – verbetes heat, conduction ● http://www.ux1.eiu.edu/~cfadd/1150/13Heat/conv.html ● http://www.energyinfonz.co.nz/home/KidsZone/Energybasics/HE.html ● http://www.lenntech.com/boiler/boiler-feed-water.htm ● http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod6.html
Compartilhar