Aula 1 – Introdução a Transferência de Calor Prof. MSc. Rodrigo Bacarin.

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1 Aula 1 – Introdução a Transferência de Calor Prof. MSc. Rodrigo Bacarin

2 Introdução a Transferência de Calor 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. T1T1 T2T2 T 1 > T 2 TT contato T 1 > T eq > T 2

3 Introdução a Transferência de Calor Calor (uma definição): “Calor é a energia térmica em trânsito, devido a uma diferença de temperatura entre os corpos”. Há transferência líquida de calor, espontaneamente, do corpo mais quente para o corpo mais frio.

4 Introdução a Transferência de Calor caloria – cal Joule – J British thermal unit – Btu A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para se elevar de 14,5°C para 15,5°C uma quantidade de 1g de água. O Btu é a quantidade de calor pra elevar 1 lb de água de 63°F para 64°F. Joule - unidade adotada pelo SI para energia.

5 Introdução a Transferência de Calor Q > 0: calor transferido para o sistema; Q < 0: calor transferido do sistema.

6 Introdução a Transferência de Calor Termodinâmica: Estuda as interações (trocas de energia) entre um sistema e suas vizinhanças. Transferência de calor: Indica como ocorre e qual a velocidade com que o calor é transportado.

7 Introdução a Transferência de Calor Velocidade  Fluxo de calor No SI, o fluxo de calor é dado em J/s ou Watt. A T 1 > T 2 Q

8 Mecanismos de Transferência de Calor

9 Condução: transferência de calor em meio estacionário que pode ser um sólido ou um fluido.

10 Mecanismos de Transferência de Calor Convecção: transferência de calor entre uma superfície e um fluido em movimento, quando estiverem em gradientes de temperaturas diferentes.

11 Mecanismos de Transferência de Calor Convecção: exemplos

12 Mecanismos de Transferência de Calor Radiação: transferência de calor emitida por ondas eletromagnéticas por uma superfície a uma temperatura finita.

13 Taxa de Transferência de Calor Equação de taxa de condução: Lei de Fourier Taxa de Calor é igual fluxo de calor x Área

14 Taxa de Transferência de Calor Equação de taxa de condução: Lei de Fourier

15 Taxa de Transferência de Calor Equação de taxa de condução para parede plana

16 Taxa de Transferência de Calor Ex1) Uma parede de concreto, área superficial de 20 m² e espessura de 0,3 m, separa uma sala de ar condicionado do ar ambiente. A temperatura da superfície interna da parede é mantida a 25ºC, e a condutividade térmica do concreto é 1 W/mK. Determine a perda de calor através da parede para as temperaturas ambientes externos de -15ºC e 38ºC que correspondem aos extremos atingidos no inverno e no verão.

17 Taxa de Transferência de Calor Equação de Taxa de Convecção: Lei de Resfriamento de Newton

18 Taxa de Transferência de Calor

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20 Ex2) Um circuito integrado (chip) quadrado com lado w = 5 mm opera em condições isotérmicas. O chip está alojado no interior de um substrato de modo que suas superfícies laterais e inferior estão bem isoladas termicamente, enquanto sua superfície superior encontra-se exposta ao escoamento de uma substancia refrigerante a 15ºC. A partir de testes de controle de qualidade, sabe-se que a temperatura do chip não deve exceder a 85ºC. Se a substância refrigerante é o ar, com coeficiente de transferência de calor por convecção correspondente de h = 200 W/m²K. Determine a potência máxima que pode ser dissipada pelo chip.

21 Taxa de Transferência de Calor Equação de taxa de radiação: Lei de Stefan- Boltzmann

22 Taxa de Transferência de Calor Equação de taxa de radiação: Lei de Stefan- Boltzmann

23 Taxa de Transferência de Calor Ex3) Uma superfície com área de 0,5 m², emissividade igual a 0,8 e temperatura de 150 ºC é colocada no interior de uma grande câmara de vácuo cujas paredes são mantidas a 25 ºC. Determine a taxa de emissão de radiação pela superfície?

24 Taxa de Transferência de Calor RESUMO

25 Referências ÇENGEL, Y. et al. Transferência de Calor e Massa: Uma abordagem prática. 4. ed. Porto Alegre: AMGH, 2012. INCROPERA, F. P. et al. Fundamentos de Transferência de calor e de massa. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014.