Aula 13-Fenomenos 2014.2

Prof. Normanda Lino de Freitas-UFCG

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDECENTRO DE DESENVOLVIMENTO SUSTENTVEL DO SEMIRIDO

UNIDADE ACADMICA DE TECNOLOGIA E DESENVOLVIMENTO

FENMENOS DE TRANSPORTE

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Profa Normanda Lino de [email protected]

[email protected]

Aula 13


1.4.2- TRANSFERNCIA DE CALOR POR CONVECO

o modo de transferncia de energia entre a superfcie slida e alquida ou gs adjacente, que est em movimento e que envolve osefeitos combinados de conduo e de movimento de um fluido.Quanto mais rpido for o movimento do fluido, maior ser a

O modo de transferncia de calor pela conveco compreende doismecanismos. Alm da transferncia de energia provocada pelomovimento molecular aleatrio (difuso), a energia tambm setransfere pelo movimento de massa, ou macroscpico, do fluido.

Quanto mais rpido for o movimento do fluido, maior ser atransferncia de calor por conveco.


A Conveco compreende dois mecanismos:

O modo de transferncia convectivo de calor sustentado pelomovimento molecular aleatrio.

Pelo movimento macroscpico do fluido no interior da camada

Ex.: Consideremos o escoamento de um fluido sobre uma superfcieaquecida.

Pelo movimento macroscpico do fluido no interior da camadalimite (camada de velocidade ou camada hidrodinmica).


Figura 3: Transferncia decalor de uma superfciequente para o ar porconveco.

2) Temperatura numa regio do fluido:y = 0 T = Ts T, regio conhecida como: camada limite trmicaSe Ts > T transferncia convectiva de calor, da superfcie para o escoamentoexterno.

OBS.:

1) Velocidade do fluido:y = 0 U

(finito), Regio conhecida como camada Hidrodinmica ou camada

de velocidade ou camada limite.


CONVECO LIVRE OU NATURAL: Quando o escoamento provocado pelas foras do empuxo originadas das diferenas dedensidade devidas s variaes de temperatura no fluido (Figura1b).

A transferncia convectiva de calor pode ser classificada deacordo com a natureza do escoamento, em:

1b).CONVECO FORADA: se o fluido forado a fluir sobre a

superfcie por meios externos, como ventilador, bomba ou vento. (Figura1a).

Figura 4


Na transferncia convectiva de calor, a energia que se transfere aenergia sensvel ou energia trmica interna do fluido.

H processos convectivos, nos quais h tambm troca de calorlatente (troca de calor associada mudana de fase entre os estadoslquidos e vapor de um fluido).

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Figura 5: Ebulio (c) e condensao (d)

Dois casos especiais dos processos de conveco com mudana defase, descritos a seguir: ebulio e condensao


Condensao - Transferncia convectiva de calor provocada pelacondensao de vapor de gua na superfcie externa de um tubo de

Ebulio - Transferncia convectiva de calor provocada pelas bolhas devapor que se formam no fundo de uma panela com gua fervente.

condensao de vapor de gua na superfcie externa de um tubo degua fria.

(2)

Independentemente da natureza especfica do processo detransferncia de calor por conveco, a equao apropriada para ataxa de transferncia possui a forma:

( )" qq cc sh T T A= =


"qcOnde o fluxo de calor convectivo (W/m2 ), proporcional diferena entre as temperaturas da superfcie e do fluido, ,respectivamente.

sT e T

h - o coeficiente de transferncia de calor por conveco ou constante de proporcionalidade (W/m2 .K)

A taxa de resfriamento de um corpo aproximadamenteproporcional diferena de temperatura entre o corpo e suasvizinhanas.

Esta expresso conhecida como a Lei de Newton doResfriamento Nele esto todos os parmetros que influenciam atransferncia de calor.


Ele depende das condies na camada limite, as quais, por

"qc

"qc

(positivo): se o calor for transferido da superfcie (Ts > T)

(negativo): se o calor for transferido para a superfcie (Ts < T)

sua vez, so influenciadas pela geometria da superfcie, pelanatureza do escoamento do fluido e por uma srie depropriedades termodinmicas e de transporte do fluido.:

No entanto, se , nada impede que se escrevacomo segue

( )"qc sh T T=

"qcsT T >


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Calcule a taxa de transferncia de calor por conveco entre umaseo de rea de 20 x 20 m de telhado de um barraco e o arambiente, se a temperatura da superfcie do telhado for 27 oC, atemperatura do ar -3oC e o coeficiente mdio de transferncia de calorpor conveco 10 W/m2K.

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( )( ) ( )

W000.120qC273m400xK.m/W10q

TTAhq

c

022c

telhadoartelhadocc

=

=

=


A radiao trmica a energia EMITIDA pela matria sob a forma de ondaseletromagnticas (ou ftons) como resultado das mudanas nas configuraeseletrnicas de tomos ou molculas.

1.4.3- TRANSFERNCIA DE CALOR POR RADIAO

Ao contrrio da conduo e da conveco, a transferncia de calor por radiaono exige a presena de um meio interveniente.

A transferncia de calor por radiao mais rpida (na velocidade da luz) e nosofre atenuao no vcuo.

Em estudos de transferncia de calor, estamos interessados em radiao trmica,que a forma de radiao emitida pelos corpos por causa de sua temperatura.

Ela difere de outras formas de radiao eletromagntica, como raios X, raiosgama, micro-ondas e ondas de rdio e televiso, que no esto relacionadas com atemperatura. Todos os corpos a uma temperatura superior ao zero absoluto emitemradiao trmica.


Equao: Lei de Stefan-Boltzmann

1) O fluxo mximo que pode ser emitido por uma superfcie dadopela seguinte equao. Esta superfcie denominada um radiadorideal ou um corpo negro.

1.4.3- TRANSFERNCIA DE CALOR POR RADIAO

ideal ou um corpo negro.

" 4r q . rs

qT

A= =

onde: Ts = Temperatura absoluta da superfcie, (K) = Constante de Stefan-Boltzmann que vale 5,67x10-8 w/m2.K4

CORPO NEGRO (3)


Definio de corpo negro: Um corpo negro um corpo que absorvetoda a radiao que sobre ele incide e tem uma emissividade igual a 1.

A superfcie idealizada que emite radiao a essa taxa ou fluxomxima chamada de corpo negro, e a radiao emitida por um corponegro denominada radiao de corpo negro.

2) O fluxo de calor emitido por uma superfcie REAL menor que oemitido por um radiador ideal e dado por:

" 4r q sT = SUPERFCIE REAL (4)

(emissividade): propriedade radioativa da superfcie 0 1. (absortividade): a frao de energia de radiao incidente sobre asuperfcie que a absorve 0 1.

PROPRIEDADES RADIOATIVAS:


OBS.: Um corpo negro absorve toda aradiao incidente sobre ele. Isto , umcorpo negro umperfeito absorvedor ( =1) e um perfeito emissor.

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1) e um perfeito emissor.


3) Determinao da taxa lquida na qual a radiao trocadaentre superfcies.

onde: Tviz = temperatura das vizinhanas, (K)( )4 4rq . s s vizA T T= Transferncia entre dois corpos negros (corpos ideais).

(5)( )r s s vizA T TFigura 6: Transferncia de calor porradiao entre uma superfcie esuperfcies vizinhas.


Sentir frio no inverno e calor no vero uma experincia comumem nossas casas, mesmo quando o termostato mantido na mesmaposio. Isso ocorre por causa do chamado efeito radiao, resultantedas trocas de calor por radiao entre o nosso corpo e as superfciesdas paredes e do teto.

EXEMPLO: Considere uma pessoa em p em uma sala mantida a

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EXEMPLO: Considere uma pessoa em p em uma sala mantida a22 C durante todo o tempo. As superfcies interiores de paredes,pavimentos e tetos esto em uma temperatura mdia de 10 C noinverno e 25 C no vero. Determine a taxa de transferncia de calorpor radiao entre essa pessoa e as superfcies ao seu redor, se a reae a temperatura mdia das superfcies expostas da pessoa so 1,4 m2e 30 C, respectivamente.


Determinar as taxas de transferncia de calor por radiao entre uma pessoa e assuperfcies ao seu redor, para temperaturas especficas no vero e no inverno.

SOLUO

Suposies:

1- Existem condies operacionais estveis.2 - A transferncia de calor por conveco no considerada.

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2 - A transferncia de calor por conveco no considerada.3 - A pessoa completamente cercada pelas superfcies interiores da sala.4 - Os arredores so superfcies com temperatura uniforme.

A emissividade da pessoa = 0,95 (tabela)( ) ( )( )( ) ( ) ( )[ ] 44424284viz4ss K2731027330xm4,1K.m/W10x67,595,0inv,TTAq ++==

W152q =

( ) ( )( )( ) ( ) ( )[ ] 44424284viz4ss K2732527330xm4,1K.m/W10x67,595,0ver,TTAq ++== W9,40q =

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