Transferência De Calor

APRESENTAÇÃO

Este trabalho fornece aos alunos de transferência de calor os conceitos fundamentais básicos da mesma forma que são ministrados em sala de aula. Esta abordagem tem por objetivo permitir que os alunos se concentrem nas explanações dadas em aula, livrando-os da tarefa de reproduzir o que for escrito no quadro negro.

Também estão incluídos diversos exercícios resolvidos e propostos cujas respostas encontram-se em apêndice ao final deste trabalho. Os exercícios aqui apresentados, em sua grande maioria, fizeram partes das provas ministradas durante os últimos anos.

Nesta primeira edição desta apostila certamente estarão presentes erros e imperfeições. Entretanto, estamos certos de que os alunos nos auxiliarão apontado os erros, comentado e sugerindo, de forma que nas próximas edições este trabalho possa ser aperfeiçoado.

Aproveitamos também para agradecer a todas as pessoas que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.

Eduardo Emery Cunha Quites

Engenheiro Metalúrgico, M.Sc.

Luiz Renato Bastos Lia

Engenheiro Químico, M. Sc.

TRANSFERÊNCIA DE CALOR

1. INTRODUÇÃO 4

1.1. O QUE É e COMO SE PROCESSA? 4

1.2. RELAÇÃO ENTRE A TRANSFERÊNCIA DE CALOR E A

TERMODINÂMICA 5

1.3. RELEVÂNCIA DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR 6

1.4. METODOLOGIA DE RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS EM

TRANSFERÊNCIA DE CALOR 6

2. MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 7

2.1. CONDUÇÃO 7

2.2. CONVECÇÃO 8

2.3. RADIAÇÃO 9

2.4. MECANISMOS COMBINADOS 9

2.5. REGIMES DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 10

2.6. SISTEMAS DE UNIDADES 10

3. CONDUÇÃO DE CALOR UNIDIMENSIONAL EM REGIME

PERMANENTE 12

3.1. LEI DE FOURIER 12

3.2. CONDUÇÃO DE CALOR EM UMA PAREDE PLANA 14

3.3. ANALOGIA ENTRE RESISTÊNCIA TÉRMICA E RESISTÊN

CIA ELÉTRICA 17

3.4. ASSOCIAÇÃO DE PAREDES PLANAS EM SÉRIE 18

3.5. ASSOCIAÇÃO DE PAREDES PLANAS EM PARALELO 19

3.6. CONDUÇÃO DE CALOR ATRAVÉS DE CONFIGURAÇÕES

CILÍNDRICAS 23

3.7. CONDUÇÃO DE CALOR ATRAVÉS DE UMA CONFIGU

RAÇÃO ESFÉRICA 26

4. FUNDAMENTOS DA CONVECÇÃO 34

4.1. LEI BÁSICA PARA CONVECÇÃO 34

4.2. CAMADA LIMITE 35

4.3. DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PELÍCULA (h) 36

4.4. RESISTÊNCIA TÉRMICA NA CONVECÇÃO 38

4.5. MECANISMOS COMBINADOS DE TRANSFERÊNCIA DE

CALOR (CONDUÇÃO E CONVECÇÃO) 39

5. PRINCÍPIOS DA RADIAÇÃO TÉRMICA 55

5.1. CORPO NEGRO e CORPO CINZENTO 56

5.2. LEI DE STEFAN-BOLTZMANN 57

5.3. FATOR FORMA 57

5.5. EFEITO COMBINADO CONDUÇÃO - CONVECÇÃO -

RADIAÇÃO 59

6. ALETAS 66

6.1. DEFINIÇÃO 66

6.2. CÁLCULO DO FLUXO DE CALOR EM ALETAS DE SEÇÃO

UNIFORME 67

6.3. TIPOS DE ALETAS 69

6.4. EFICIÊNCIA DE UMA ALETA 72

7- TROCADORES DE CALOR 87

7.1 TIPO DE TROCADORES 87

7.2. MÉDIA LOGARÍTMICA DAS DIFERENÇAS DE

TEMPERATURAS 89

7.3. BALANÇO TÉRMICO EM TROCADORES DE CALOR 91

7.4. COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 92

7.5. FATOR DE FULIGEM (INCRUSTAÇÃO) 93

7.6. FLUXO DE CALOR PARA TROCADORES COM MAIS DE UM

PASSE 96

8.- ISOLAMENTO TÉRMICO 108

8.1. DEFINIÇÃO 108

8.2. CARACTERÍSTICAS DE UM BOM ISOLANTE 108

8.3. MATERIAIS ISOLANTES BÁSICOS 109

8.4. FORMAS DOS ISOLANTES 109

8.5. APLICAÇÃO DE ISOLANTES 110

8.6. CÁLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES 111

8.7. ISOLAMENTO DE TUBOS - CONCEITO DE RAIO CRÍTICO 113

1. INTRODUÇÃO

1.1. O QUE É e COMO SE PROCESSA?

Transferência de Calor (ou Calor) é energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura. Sempre que existir uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios ocorrerá transferência de calor. Por exemplo, se dois corpos a diferentes temperaturas são colocados em contato direto, como mostra a figura 1.1, ocorrera uma transferência de calor do corpo de temperatura mais elevada para o corpo de menor temperatura até que haja equivalência de temperatura entre eles. Dizemos que o sistema tende