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TP 322 A – Fenômenos de Transporte I
Transferência de Calor
Prof. Paulo RosaSala 14 - DEA
TP322A – Fenômenos de Transporte Transferência de Calor
Ementa
1. Condutividade térmica e mecanismos de transporte de energia
2. Distribuição de temperatura em sólidos e em fluxo laminar
3. Equação da energia4. Distribuição de temperatura com mais de uma
variável independente5. Transferência de calor em interfaces de sistemas
não-isotérmicos6. Transferência de calor por radiação
Bibliografia Bird, R.B., Stewart, W.E., Lightfoot, E.N.,
Transport Phenomena, John Wiley & Sons, Inc., 1960 ou 2001.
Lienhard IV, J.H., Lienhard V, J.H., A Heat Transfer Textbook, 3rd Edition, Phlogiston Press, 2001.
Geankoplis, C.J., Transport Process and Unit Operation, Prentice Hall, 1993 ou 2003.
Incropera, F.P., Dewitt, D.P., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley Text Books, 2001.
Avaliação
Prova 1 (30%) Prova 2 (70%)
Transferência de Calor
Estuda Temperatura e Fluxo de calor Temperatura: Quantidade de energia
térmica disponível Fluxo de Calor: Movimento de energia
térmica de um local para outro Transferência de energia cinética de um
meio ou objeto para outro
Importância de Transferência de Calor na Industria de Alimentos
Importância de Transferência de Calor na Industria de Alimentos
Importância de Transferência de Calor na Industria de Alimentos
Importância de Transferência de Calor na Industria de Alimentos
Modos de Transferência de Calor
Condução
Convecção
Radiação
Condução de Calor
Transferência de energia através de um meio de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas
Maior temperatura significa maior energia. Assim, energia é transferida das regiões de maiores temperaturas para as de menores temperaturas
Energia pode ser translacional, rotacional ou vibracional
Condução de Calor
Em sólidos, a energia é transferida principalmente por vibração das moléculas. No caso de metais, os elétrons livre podem transladar livremente
Em líquidos, o espaço intermolecular é maior e a transferência de energia é menos efetiva
Gases têm espaço intermolecular maior ainda e possuem as menores condutividades térmicas
Convecção de Calor
Transferência de calor em um meio devido ao movimento líquido do material no meio
A convecção pode ser classificada como forçada se o movimento é causado por um agente externo (ventilador, bomba, compressor, etc) ou livre se o movimento ocorrer devido a diferença de densidade no meio
Radiação de Calor
Causada pela emissão espontânea de ondas eletromagnéticas de todos os materiais
Não necessita de um meio para propagar
Lei de Newton (1642-1727)Lei de Newton (1642-1727)
Fluido InicialmenteFluido Inicialmenteem Repouso em Repouso
Placa Inferior éPlaca Inferior éColocada em MovimentoColocada em Movimento
Y t < 0
Y t = 0
Y t 0
Y t >> 0
T1
Y t < 0 Y t < 0
Y t = 0 Y t = 0
Y t 0
Y t >> 0
T1
vx(y,t)
v
vx(y)
v
Perfil Não-EstacionárioPerfil Não-Estacionáriode Velocidadede Velocidade
Perfil EstacionárioPerfil Estacionáriode Velocidadede Velocidade
Lei de Newton (1642-1727)Lei de Newton (1642-1727)
Y
v
A
F
Y
v
A
F
dy
dv xyx
Lei de Fourier (1768-1830)Lei de Fourier (1768-1830)
Sólido Inicialmente à temperatura T0
Temperatura da Parte Inferior aumenta para T1
Y
T0
t < 0
Y t = 0 T1
Y t 0
Y t >> 0
T1
T(y,t)
T(y)
Y
T0
t < 0 Y
T0
t < 0
Y t = 0 Y t = 0 T1
Y t 0
Y t >> 0
T1
T(y,t)
T(y)
Condução – Lei de Fourier
Y
Tk
A
Q
Y
T
A
Q
dy
dTk q y
Tk q
Condução de Calor
Estimativa de Condutividade Térmica Para Alimentos
k = 0.25 mC + 0.155 mP + 0.16 mF + 0.135 mA + 0.58 mM
Onde: k – condutividade térmica (W/m °C)m - fração mássica
C – carbohidratosP - proteina
F - gordura A – cinzas M - humidade
http://rpaulsingh.com/teaching/LecturesIFE/Modes/modes.htm
Isolamento de uma câmara refrigerada
276,5 K 299,9 K
25,4 mm
K = 0,0433 W/m.K
q = ?
Variação de Condutividade Térmica com Temperatura
Condutividade térmica dependente da temperatura
T2 T1
x
K = a+bT
?A
Q
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
Exemplo
Calor é transferido através de duas placas de aço inox (k= 18 W/m K) pressionadas. Qual deve ser a espessura das placas para que a resistência por contato seja igual à resistência por condução?
hc = 2.000 w/m2 K
Condução através de um cilindro oco
drr2
rr1
q
L
T1
T2
Resumo Modos de Transferência de Calor Condução em Estado estacionário e
sem geração de calor Placa Placa composta Resistência por contato Cilindro Oco