Apostila de transferencia de calor FSMA

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO COM ÊNFASE
EM ENGENHARIA DE INSTALAÇÕES NO MAR

FENÔMENOS DE TRANSPORTE II
(TRANSFERÊNCIA DE CALOR)

ANDRÉ ALEIXO MANZELA

MACAÉ
FEVEREIRO / 2008

ÍNDICE
1 - Introdução à transferência de calor

3

1.1 - Condução

3

1.2 - Convecção

4

1.3 - Radiação

6

1.4 - Conservação de energia

8

2 - Condução de calor
2.1 - Equação da difusão de calor
3 - Condução unidimensional em regime permanente

12
12
17

3.1 - Circuitos térmicos

22

3.2 - Raio crítico de isolamento

25

3.3 - Superfícies estendidas

27

4 - Condução em regime transiente

31

4.1 - Método da capacitância global

31

4.2 - Efeitos espaciais

34

4.3 - Constante de tempo e tempo de resposta

39

5 - Convecção de calor
5.1 - Camadas limites de convecção

41
41

5.1.1 - Camada limite de velocidade

42

5.1.2 - Camada limite térmica

42

5.2 - Escoamentos laminar e turbulento

43

6 - Convecção em escoamento externo
6.1 - Metodologia para cálculos de convecção
7 - Convecção em escoamento interno

45
45
47

7.1 - Considerações hidrodinâmicas

47

7.2 - Considerações térmicas

48

7.2.1 - A temperatura média

48

7.2.2 - Lei do Resfriamento de Newton / Condições completamente desenvolvidas 7.2.3 - Balanço de energia

49
49

8 - Convecção livre (ou natural)

53

9 - Trocadores de calor

56
1

9.1 - Tipos de trocadores de calor

56

9.2 - Coeficiente global de transferência de calor

58

9.3 - A média logarítmica das diferenças de temperatura

59

Bibliografia

62

Apêndice - Tabelas de propriedades

63

Apêndice 1 - Propriedades termofísicas de materiais

63

Apêndice 2 - Propriedades termofísicas de gases

67

Apêndice 3 - Propriedades termofísicas de líquidos saturados

68

Apêndice 4 - Propriedades termofísicas da água saturada

69

2

1 - Introdução à transferência de calor

Na termodinâmica se estuda a transferência de energia devido às interações entre um sistema e sua vizinhança, sendo estas interações conhecidas por trabalho e calor.
Porém não se analisa a natureza destas