TP 322 A – Fenômenos de Transporte I Transferência de Calor Prof. Paulo Rosa Sala 14 - DEA

TP322A – Fenômenos de Transporte Transferência de Calor Ementa Condutividade térmica e mecanismos de transporte de energia Distribuição de temperatura em sólidos e em fluxo laminar Equação da energia Distribuição de temperatura com mais de uma variável independente Transferência de calor em interfaces de sistemas não-isotérmicos 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) v v Y Y Y t < 0 t < 0 t < 0 Y t = 0 Fluido Inicialmente em Repouso Y Y Y t < 0 t < 0 t < 0 Y t = 0 Placa Inferior é Colocada em Movimento Y Y t = 0 t = 0 v Perfil Não-Estacionário de Velocidade Y t >> 0 T 1 vx(y,t) Y Y t t » » vx(y) Perfil Estacionário de Velocidade Y t >> 0 v T 1

Lei de Newton (1642-1727)

Lei de Fourier (1768-1830) Sólido Inicialmente à temperatura T0 Temperatura da Parte Inferior aumenta para T1

Condução – Lei de Fourier

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 – carbohidratos P - proteina F - gordura A – cinzas M - humidade http://rpaulsingh.com/teaching/LecturesIFE/Modes/modes.htm

Isolamento de uma câmara refrigerada K = 0,0433 W/m.K q = ? 276,5 K 299,9 K 25,4 mm

Variação de Condutividade Térmica com Temperatura

Condutividade térmica dependente da temperatura K = a+bT T2 T1 Dx

Lei de Resfriamento de Newton Ta T1 T2 Tb h = coeficiente de transferência de calor

Múltiplos Materiais Ta w T0 H T1 Temperatura, T T2 T3 Tb k01 k12 k23 x0 x1 x2 x3 Distância, x

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 q r r1 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