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TA 733 A – Operações Unitárias II
Transferência de Calor
Aula 02
Review
Modos de Transferência de Calor (Conceitos): Condução, Convecção e Radiação
Importâncias e Aplicações Propriedade: Condutividade Térmica
Review
Modos de Transferência de Calor (Conceitos):
Existência de T: Condução: Através de um meio (Sólido, Líquido); Convecção: Entre superfície e fluido em
movimento (forçado ou natural); Radiação: Entre duas superfícies (sem meio de
transmissão)
Condução – Lei de Fourier
dx
dTkqx
:
mK
Km
W
m
W
.2
Fluxo de calor
Propriedade do material para facilitação do transferência
Gradiente =
Potencial
Transferência da Maior temperatura para
menor
Condução
T1
T2
L mm
K = W/m.K
q = ?
x
dx
dTkqx
x1 x2
L
TTkqx
12
Isolamento de uma câmara refrigerada
-18 ° C 28 °C
200 mm
K = 0,027 W/m.K
Q’’x = ? [ W/m2 ]Q’x = ? [ W ]
3,0 m x 5,0 m
Convecção – Lei de Newton
Dependência da velocidade do fluido:•Convecção Forçada•Convecção Natural (Forças de empuxo, entre diferenças de densidade do fluido
Troca de calor sensível: Forçada e Natural
Troca de calor latente: Natural (EBULIÇÃO E CONDENSAÇÃO)
Lei de Resfriamento de Newton
KKm
W
m
W
TThq SCONV
.
)(
22
''
Ta
T1
h = Dependência : - da geometria da superfície - natureza do movimento do fluido
Coefic. de Transf. de calor por convecção
Ordem de grandeza de “ h ”
W / m2.K
Natural
Gases 2 - 25
Líquido 50 – 1.000
Forçada
Gases 25 – 250
Líquido 100 – 20.000
Lei de Resfriamento de Newton
)(
)(
222
111
b
a
TThq
TThq
Ta
T1
T2 Tb
h = coeficiente de transferência de calor
Múltiplos MateriaisTem
pera
tura
, T
Distância, x
HwTa
T0 T1
T2 T3Tb
x0 x1 x2 x3
k01 k12 k23
Resistência por contato
Valores de resistência por contato
Radiação
-Radiação eletromagnética (fotons) emitida porqualquer material com T > 0,0 K.-O meio interfere na transmissão (vácuo é eficiente)
4.. STE Poder emissivo
Emissividade (0<= <=1)
Cte. de Stefan Boltzman 5,67.10-8 W/m2.K4)
Temperatura Absoluta (K)
Transferência de calor por Radiação:
4422
44''
.
)(
KKm
W
m
W
TTq VIZSRAD
Tviz
Ts
q’’rad q’’conv
KKm
W
m
W
TThq VIZSrRAD
.
)(
22
''
EXEMPLO:T.C. por Radiação e Convecção:
4422
44''
.
)(
KKm
W
m
W
TTq VIZSRAD
TS = 200C
TVIZ = Tamb= 25C
hconv = 15 W/m2K
D=0,07 m=0,8
KKm
W
m
W
TThq SCONV
.
)(
22
''
L= 1,0 m
EXEMPLO:T.C. por Radiação e Convecção:
''''''RADCONVTOTAL qqq
)( 44''VIZSRAD TTq
)('' TThq SCONV +''
TOTALq
Wattq RADCONVTOTAL 998421577'
Relação: Termodinâmica X T.C.
Termodinâmica: Balanço de Energia
Transferência de Calor: Quantificação de taxas de transferência
'''..SAÍDAGERADAENTRA
CV EEEdt
dE
Regime permanente: '''GERADAENTRASAÍDAEEE
Relação: Termodinâmica X T.C.
Termodinâmica: Balanço de Energia
'''..SAÍDAGERADAENTRA
CV EEEdt
dE
0
.....
dt
TcVd
dt
dE pCV
Regime Transiente:
EXEMPLO:Balanço de Energia Transiente com T.C.
por Radiação e Convecção:
'''..SAÍDAGERADAENTRA
CV EEEdt
dE
TS =??C
TVIZ = Tamb= 27C
hconv = 100 W/m2K
D=0,001 m=0,8L= 1,0 mResist = 0,4 =5,67.10-8 W/m2K4
2' .iRqGERADA E’GERADA:
)( 44'VIZSRAD TTAq
)(' TTAhq SCONVE’SAÍDA:
EXEMPLO:Balanço de Energia Transiente com T.C.
por Radiação e Convecção:
i [A]
Ts
25
60
5,2
h=100 W/m2K
h=250 W/m2K
8,1
Metodologia de Resolução
1) DADOS: Conhecimento do Problema2) ACHAR: Variável procurada;3) ESQUEMA: Esquema físico = correntes, V.C.,
informações das variáveis;4) HIPÓTESE: Regime de operação
(Permamente/Transiente);5) PROPRIEDADES: Busca dos valores das propriedades;6) ANÁLISE: Lei da Conservação, Lei de Fourier,
Newton....;7) COMENTÁRIOS: Extrapolação ou sensibilidade das
variáveis