I INTRODUO E CONCEITOS BSICOS
I INTRODUO E CONCEITOS BSICOSME35R FENMENOS DE TRANSPORTES II
E71PROF. RUBENS GALLO
UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS FLUIDOSUNIVERSIDADE
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MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS FLUIDOS2Transferncia de calor a
energia em trnsito devido a um gradiente de temperatura.Sempre que
existir uma diferena de temperatura em um meio ou entre meios
diferentes, haver necessariamente, transferncia de
calor.UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
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UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
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de transferncia4Conduo A conduo pode ser vista como a transferncia
de energia de partculas mais energticas para partculas de menor
energia, em um meio devido s interaes que existem entre elas.Para a
conduo de calor, a equao da taxa de transferncia de calor conhecida
por lei de Fourier.Para a parede plana unidimensional mostrada na
Fig. 1.3, que apresenta uma distribuio de temperatura T(x), e a
equao da taxa de transferncia de calor dada por: UNIVERSIDADE
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transferncia5
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de transferncia6Se a distribuio de temperatura for linear, o
gradiente de temperatura pode ser expresso por:
Portanto:
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de transferncia7ConvecoO modo de transferncia de calor por conveco
abrange dois mecanismos. Alm da transferncia de energia devido ao
movimento molecular aleatrio (difuso), a energia tambm transferida
atravs do movimento global, ou macroscpico do fluido.Estamos
especialmente interessados na transferncia de calor por conveco que
ocorre no contato entre um fluido em movimento e uma superfcie, por
exemplo, o escoamento de um fluido sobre a superfcie aquecida
mostrada na Fig. 1.4.UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO
PARANDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS
FLUIDOSEquaes das taxas de transferncia8ConvecoUma consequncia da
interao entre o fluido e a superfcie o desenvolvimento de uma regio
no fluido atravs da qual a sua velocidade varia entre zero, no
contato com as superfcie, y = 0, e um valor finito u associado com
o escoamento do fluido. Essa regio do fluido conhecida como camada
limite hidrodinnmica ou de velocidade. Alm disso, se as
temperaturas da superfcie e do fluido forem diferentes, existir uma
regio no fluido atravs da qual a temperatura variar de Tsup em y =
0, a T, associada regio do escoamento afastada da superfcie. Essa
regio, conhecida por camada limite trmica, pode ser menor, igual ou
maior daquela atravs da qual a velocidade varia.UNIVERSIDADE
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MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS FLUIDOSEquaes das taxas de
transferncia9Independentemente das caractersticas particulares do
processo de transferncia de calor por conveco em questo, a equao
apropriada para a taxa de transferncia possui a forma:
Lei de Resfriamento de Newton
UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
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de transfernciaRadiaoA radiao trmica a energia emitida por toda
matria que se encontra a uma a temperatura no nula. A radiao tambm
ocorre entre lquidos e gases. Independentemente da forma da matria,
as emisses podem ser atribudas a mudanas nas configuraes eletrnicas
dos tomos ou molculas que constituem a matria. A energia do campo
de radiao transportada por meio de ondas eletromagnticas (ou,
alternativamente, ftons). Enquanto na transferncia de energia por
conduo ou conveco requer a presena de um meio material, a radiao no
necessita dele. De fato, a transferncia por radiao mais eficiente
no vcuo.
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de transferncia
UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS FLUIDOSEquaes das taxas
de transfernciaConsidere os processos de transferncia de calor por
radiao na superfcie da Fig. 1.6a. A radiao que emitida pela
superfcie tem sua origem na energia trmica da matria que est
limitada pela superfcie, e a taxa pela qual a energia liberada por
unidade de rea (W/m) conhecida como poder emissivo E da superfcie.
Existe um limite superior para o poder emissivo, que previsto pela
lei de Stefan-Boltzmann.
UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS FLUIDOSEquaes das taxas
de transfernciaO fluxo de calor emitido por uma superfcie real
menor do que aquele emitido por um corpo negro mesma temperatura
dado por:
Com valores na faixa de 0 1,0, essa propriedade fornece uma
medida da capacidade de emisso de eergia de uma superfcie em relao
a um corpo negro.UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO
PARANDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS
FLUIDOSEquaes das taxas de transfernciaA radiao tambm pode incidir
sobre uma superfcie a partir de sua vizinhana. A radiao pode ser
oriunda de uma fonte especial, tal como o sol, ou de outras
superfcies s quais a superfcie de interesse esteja exposta.
Independentemente da(s) fonte(s), designamos a taxa que todas essas
radiaes incidem sobre uma rea unitria da superfcie por irradiao
G.Uma poro, ou toda, a irradiao pode ser absorvida pela superfcie,
aumentando dessa forma a energia trmica do material. A taxa segundo
a qual a energia radiante absorvida, por unidade de rea da
superfcie, pode ser avaliada a partir do conhecimento de uma
propriedade radiante da superfcie conhecida por absortividade .
0 1. Se < 1 a superfcie opaca, fraes da irradiao so
refletidas. Se a superfcie semitransparente, fraes da irradiao
podem tambm ser transmitidas.UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO
PARANDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS
FLUIDOSEquaes das taxas de transfernciaUm caso especial que ocorre
com frequncia diz respeito troca de radiao entre uma pequena
superfcie a Tsup e uma superfcie isotrmica, muito maior, que
envolve completamente a menor (Fig. 1.6b). Esta vizinhana poderia,
por exemplo, ser as paredes de uma sala ou de um forma cuja
superfcie Tviz diferisse daquela de uma superfcie contida no seu
interior (Tviz Tsup). Se a superfcie for considerada uma para a
qual = (uma superfcie cinza), a taxa lquida de transferncia de
calor por radiao a partir da superfcie, expressa por unidade de
rea, dada por:
UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS FLUIDOSEquaes das taxas
de transfernciaExistem muitas aplicaes para as quais conveniente
expressar a troca lquida ou global de calor por radiao atravs de
uma expresso na forma:
hr coeficiente de transferncia de calor por radiao
UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS FLUIDOSConservao da
energia em um volume de controleVolume de controle: um regio do
espao delimitada por uma superfcie de controle atravs da qual a
energia e a matria podem passar.A um determinado instante (t)A
massa com que as energias trmica e mecnica entram no volume de
controle, mais a taxa com que a energia trmica gerada no interior
do volume de controle, menos a taxa com que as energias trmica e
mecnica deixam o volume de controle, devem ser iguais taxa de
aumento da energia armazenada no interior do volume de
controle.UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS FLUIDOSConservao da
energia em um volume de controleAo longo de um intervalo de tempo
(t)A quantidade de energia trmica e mecnica que entra no volume de
controle, mais a quantidade de energia trmica gerada no interior do
volume de controle, menos a quantidade de energia trmica e mecnica
que deixa o volume de controle devem ser iguais ao aumento na
quantidade de energia armazenada no interior do volume de
controle.UNIVERSIDADE FEDERAL TECNOLGICA DO PARANDEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECNICALABORTRIO DE MECNICA DOS FLUIDOSConservao da
energia em um volume de controle
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