[1] Os fenômenos de transporte tratam do movimento de grandezas físicas através do espaço, incluindo dinâmica de fluidos, transferência de calor e transferência de massa. [2] Estes fenômenos envolvem o transporte de momento, energia e massa através de fluxos impulsionados por gradientes de velocidade, temperatura e concentração. [3] O estudo destes fenômenos é fundamental em diversas áreas da engenharia para entendimento de processos como o fluxo de fluidos

1. FENÔMENOS DE TRANSPORTES
Mecanismo de Transferência de Calor
Prof. Camila Famá

2. 2
São os fenômenos que tratam da movimentação de uma
grandeza física de um ponto para outro do espaço.
O assunto fenômenos de transporte inclui três
intimamente relacionados: dinâmica dos
transferência de calor e transferência de massa.
tópicos
fluidos,
O QUE SÃO OS “FENÔMENOS DE
TRANSPORTE”?

3. FENÔMENOS DE TRANSPORTE
A dinâmica dos fluidos envolve o transporte de momento, a
transferência de calor lida com o transporte de energia e a
transferência de massa diz respeito ao transporte de massa
de espécies químicas.
Fluxo Gradiente
Momento
Calor
Massa
Velocidade
Temperatura
Concentração ou potencial químico
3

4. 4
FENÔMENOS DE TRANSPORTE
Mecânica – É a ciência que estuda o equilíbrio e o
movimento dos corpos sólidos, líquidos e gasosos, bem
como as causas que provocam este movimento.
Mecânica dos Fluidos – É a ciência que estuda o
comportamento físico dos fluídos, assim como as leis que
regem esse comportamento, tanto com o fluido em repouso
como em movimento.

5. 5
FENÔMENOS DE TRANSPORTE
Quando temos um fluido como meio atuante em algum
sistema, o conhecimento e desenvolvimento dos princípios
básicos da mecânica dos fluidos se fazem necessário.
 A estática dos fluidos: estuda os fluídos em estado de
equilíbrio em ausência de esforços cortantes.
A dinâmica dos fluidos: estuda os fluídos em
movimento sujeitos a tensões de cisalhamento.

6. RELEVÂNCIA DO TEMA

7. 7
As bases lançadas pela mecânica dos fluidos são
na
fundamentais para muitos ramos de aplicação
engenharia. Este amplo campo tem chegado a incluir
muitas áreas extremamente especializadas como, por
exemplo:
 O estudo do comportamento de um furacão;
 Os esforços em barragens;
 Lubrificação;
 Os corpos flutuantes, cascos de barcos, navios e aerobarcos;
 As maquinas hidráulicas;
 Ventilação;
 O fluxo de água através de canais e condutos;
 As ondas de pressão produzidas na explosão de uma bomba;
 As características aerodinâmicas de um avião;
 Projetos de submarinos e automóveis.
FENÔMENOS DE TRANSPORTE

8. 8
APLICAÇÕES DE FENÔMENOS DE
TRANSPORTE NA ENGENHARIA
Engenharia Civil e Arquitetura – constitui a base do estudo de
hidráulica e hidrologia e aplicações no conforto térmico em
edificações.
Engenharia Elétrica – importância nos cálculos de dissipação de
potência em máquinas produtoras ou transformadoras de energia
elétrica.
Engenharia Química – constituem a base das operações
unitárias.
Engenharia de Produção – otimização dos processos produtivos
e de transporte de fluidos. Também nos estudos do ciclo de vida
dos produtos industrializados.

9. 9
APLICAÇÕES DE FENÔMENOS DE
TRANSPORTE NA ENGENHARIA
Engenharia Sanitária e Ambiental – aplicações ligadas à
poluição ambiental.
Engenharia Mecânica – aplicações nos processos de tratamento
térmico, no cálculo de máquinas hidráulicas, são bases
fundamentais nos processos de transferência de calor das
máquinas térmicas e frigoríficas, além de aplicações na
Engenharia Aeronáutica no desenvolvimento aerodinâmico.

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1. Bombeamento de líquidos
2. Escoamentos gravitatório de líquidos
3. Compressão e ventilação
4. Decantação
5. Centrifugação
6. Mistura de líquidos e líquido-gás
7. Movimentação de fluidos através de sólidos porosos
8. Transportes pneumáticos e hidráulicos
9. Filtração
10. Fluxo a granel (sólidos particulados)
Operações com Transferência de
Quantidade de Movimento

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FENÔMENOS DE TRANSPORTE
O estudo de fenômenos de transporte tem aplicações muito
importantes na Engenharia, pois permite conhecer assuntos
diversos, como o transporte de fluidos ao longo de
canalizações ou a quantificação da dissipação de calor de
motores, dando ao estudante uma ferramenta importante
para a otimização dos processos de fabricação e de
produção.

12. 12
FENÔMENOS DE TRANSPORTE – POR QUE ESTUDÁ-LOS?
“Devido a sua relevância em face ao mundo em que
vivemos”.
Não há praticamente nenhum setor de atividade que não
seja, de um modo ou de outro, afetado por problemas
relacionados à Mecânica dos Fluidos, à Termodinâmica, à
Troca de Calor e à Troca de Massa, ou seja, que não
envolva interações de massa e de energia entre seus
componentes.

13. FENÔMENOS DE TRANSPORTE – POR QUE ESTUDÁ-LOS?
Assim, o engenheiro precisa ter noções básicas sobre estas
ciências, que ajudará na tomada de decisões técnicas ou
gerenciais envolvendo questões como a poluição de rios, a
pertinência de construção e instalação de uma usina
nuclear, instalação de coletores solares, geração de energia,
transporte de partículas, bioengenharia (coração artificial,
respiração artificial, fluxo sanguíneo), etc.
13

14. 14
DO QUE TRATAA DISCIPLINA FENÔMENOS DE
TRANSPORTE?
Trata de fluidos, diferentemente de outras disciplinas.
Sólido: as moléculas sofrem forte força de atração (estão
muito próximas umas das outras) e é isto que garante que o
sólido tenha um formato próprio.
Fluido: apresenta as moléculas um grau de liberdade de
movimento (força de atração pequena) e não apresentam
formato próprio (líquidos, vapores e gases).

15. 15
O processo de transferência é caracterizado pela
tendência ao equilíbrio, que é uma condição em que não
ocorre nenhuma variação.
Uma força motriz, o movimento no sentido do equilíbrio e o
transporte de alguma quantidade são fatos comuns a
todos os processos de transferência.
FENÔMENOS DE TRANSPORTE

16. FLUIDOS
• Substâncias que não resistem a esforços tangenciais por
menores que sejam;
• Deformam continuamente, diferente dos sólidos, que ao
serem solicitados por esforços, podem resistir.
• Substância que muda continuamente de forma enquanto
existir uma tensão de cisalhamento, ainda que seja
pequena.

17. MECÂNICA DOS FLUIDOS
• Estudo dos fluidos em repouso ou movimento e dos
efeitos que decorrem de sua interação com contornos,
os quais podem ser superfícies ou outros fluidos;
• Objetivo: obter os conhecimentos básicos das
propriedades dos fluidos, dos esforços estáticos e
dinâmicos, bem como das leis de conservação de
massa, quantidade de movimento e energia.

18. Termodinâmica: área que estuda as relações entre as propriedades de um sistema e as
trocas de calor e trabalho com a vizinhança
 Lei Zero (Equilíbrio Térmico):
 Se os corpos “A” e “B” estão,
separadamente, em equilíbrio térmico
com um terceiro corpo “ C ” , então “A” e
“B” estão em equilíbrio térmico entre si
 Primeira Lei (Princípio da
Conservação da Energia)
 A variação da energia em um
sistema é sempre igual a
transferência líquida na forma de
calor e trabalho
A TEMPERATURA é utilizada para
verificação do equilíbrio térmico
TK  TC  273,15
9
C F
T 
5
.(T 32)
K
9
T 
5
.º R

Q

W
dt dt
dt
dEsist

19.  Terceira Lei
 Quando um sistema de aproxima da
temperatura de zero absoluto (0 K),
cessam todos os processos, e a
entropia (S) assume um valor
mínimo
dQ
S  S f  Si   dt
 Segunda Lei
 A qtde de entropia (desordem) de
qlqr sistema isolado termicamente
tende a aumentar com o tempo até
alcançar um valor máximo
f
Termodinâmica: área que estuda as relações entre as propriedades de um sistema e as
trocas de calor e trabalho com a vizinhança
i
Entropia: variável de estado de um
sistema em equilíbrio termodinâmico

20.  Calor
 Forma de energia que é transferida em função
de uma diferença de temperatura (J)
 Capacidade Térmica (C)
 Quociente entre a quantidade de calor (Q)
fornecida ao corpo e a correspondente variação
de temperatura
 Calor Latente (L)
 Qtde de calor transferido por unidade de massa
durante a mudança de fase (ΔT =0; T =cte)
 Calor Específico (c)
 Qtde de calor recebido por unidade de
massa e por unidade da correspondente
variação da temperatura da substâncias
 Calor Específico a volume constante (cv)
 Calor Específico a pressão constante (cp)
T
C 
Q
;(J / K)
m  dT v
v
c 
1  Q 
  cp   
m  dT p
1  Q 
Para líquidos: cv = cp
Para sólidos cv ≠ cp
m
L 
Q

21.  Transferência de Calor
 Estuda
trânsito.
a energia em
 Ocorre do meio de
temperatura mais elevada
para o de temperatura
menos elevada até que se
estabeleça o equilíbrio
térmico
 Fluxo de Calor ou Taxa
de Transferência de
Calor (Q)
 Qtde de calor que é
transferida por unidade de
tempo (J/s = W)
 Densidade de Fluxo de
Calor (q)
 Qtde de calor que é
transferida por unidade de
tempo e por unidade de
área (W/m²)
A
q 
Q

22. Relação entre Transferência de Calor
e Termodinâmica
• A Primeira Lei da Termodinâmica, também conhecida como
princípio da conservação de energia, estabelece que: “A energia
não pode ser criada nem destruída durante um processo; pode
apenas mudar de forma”.
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑛𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
−
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑑𝑒 𝑠𝑎í𝑑𝑎
𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
=
𝑀𝑢𝑑𝑎𝑛ç𝑎 𝑑𝑒
𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
• A energia pode ser transferida para o sistema ou do sistema, por
meio de calor, trabalho e fluxo de massa. Já a energia total de
um sistema simples e compressível é a soma das energias cinética,
potencial e interna;

24. • Desta forma, o balanço de energia para
qualquer sistema pode ser escrito como:
𝐸𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 − 𝐸𝑠𝑎𝑖 = ∆𝐸𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
Ou na forma de taxas, como:
𝐸𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 − 𝐸𝑠𝑎𝑖 = ∆𝐸𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎/𝑑𝑡
Energia líquida
transferida por calor,
trabalho e massa
Mudança da energia
interna, cinética e
potencial
Taxa líquida de
transferência por calor,
trabalho e massa
Taxa de mudança da
energia interna,
cinética e potencial

25. • A 2ª Lei da Termodinâmica pode ser enunciada assim :
"É impossível o processo cujo único resultado seja a
transferência líquida de calor de um região fria para uma
região quente.”
• Porém existe uma diferença fundamental entre a transferência de
calor e a termodinâmica;
• Embora a termodinâmica trate das interações do calor e o papel
que ele desempenha na primeira e na segunda leis, ela não leva
em conta nem o mecanismo de transferência nem os métodos de
cálculo da taxa de transferência de calor.

26. Mecanismos de Transferência de Calor
• É necessário o entendimento dos mecanismos físicos
que permitem a transferência de calor de modo a
poder quantificar a energia transferida na unidade de
tempo (taxa);
• Os mecanismos são:
• Condução
• Radiação
• Convecção
Dependem de um ΔT (Variação de
Temperatura)
Depende de um ΔT e transporte
de massa

27. Transferência de Calor por Condução
• Transferência de energia de
partículas mais energéticas para
partículas menos energéticas por
contato direto;
• Necessita obrigatoriamente de
meio material para se propagar;
• Característicos de meios
estacionários.

28. Transferência de Calor por Condução
T1 > T2
 Condução em sólidos
• Condução em gás confinado
 A transmissão de calor ocorre, partícula a partícula, somente através da
agitação molecular e dos choques entre as moléculas do meio.

29. Lei de Fourier
o Considere, a transferência de calor através de
uma barra de ferro com uma das
extremidades aquecidas e com a área lateral
isolada termicamente, como mostra a figura
ao lado:

30. Lei de Fourier
o A razão do sinal menos na equação de Fourier é que a direção do aumento
da distância x deve ser a direção do fluxo de calor positivo. Como o calor
flui do ponto de temperatura mais alta para o de temperatura mais baixa
(gradiente negativo), o fluxo só será positivo quando o gradiente for
positivo (multiplicado por -1).
o O fator de proporcionalidade k ( condutividade térmica ) que surge da
equação de Fourier é uma propriedade de cada material e vem exprimir a
maior ou menor facilidade que um material apresenta à condução de calor

31. Condutividade Térmica de algumas
substâncias

32. Condução em uma parede plana
A plicando a LEI DE FOURIER:
𝑞 = −𝑘𝐴
𝑑𝑇
𝑑𝑥
𝑞𝑑𝑥 = −𝑘𝐴𝑑𝑇
𝑞
0
𝐿
𝑑𝑥 = −𝑘𝐴
𝑇1
𝑇2
𝑑𝑇
𝑞 𝐿 − 0 = −𝑘𝐴 𝑇2 − 𝑇1
𝑞𝐿 = −𝑘𝐴(𝑇2 − 𝑇1)
𝑞 = −𝐾𝐴
∆𝑇
𝐿

33. Exercício
Um equipamento condicionador de ar deve manter uma
sala, de 15 m de comprimento, 6 m de largura e 3 m de
altura a 22ºC. As paredes da sala, de 25 cm de espessura,
são feitas de tijolos com condutividade térmica de 0,14
Kcal/h.m.ºC e a área das janelas podem ser consideradas
desprezíveis. A face externa das paredes pode estar até a
40 oC em um dia de verão. Desprezando a troca de calor
pelo piso e pelo teto, que estão bem isolados, pede-se o
calor a ser extraído da sala pelo condicionador ( em HP ).
OBS : 1 HP = 641,2 Kcal/h

34. Área = 2 x 6 x 3 + 2 x 15 x 3 = 126 m²
Sala
6 m de largura
15 m de comprimento
3m de altura

35. 𝑞 = −𝐾𝐴
∆𝑇
𝐿
𝑞 = −0,14 𝐾𝑐𝑎𝑙
ℎ. 𝑚. º𝐶 𝒙 126 𝑚2𝒙
𝑇2 − 𝑇1
0,25 𝑚
𝑞 = 1270 𝐾𝑐𝑎𝑙/ℎ
𝑞 = 1270
𝐾𝑐𝑎𝑙
ℎ
𝑥
1𝐻𝑃
641,2𝐾𝑐𝑎𝑙/ℎ
= 1,979 HP

36. Transferência de Calor por Convecção
• Transferência de energia entre a superfície
sólida e um fluido (líquida ou gás)
adjacente, que está em movimento, e
que envolve efeitos combinados de condução
e de movimento de fluido;
• Na ausência de movimento da massa líquida,
a transferência entre a superfície sólida e o
fluido adjacente se dará exclusivamente por
condução.
Transporte de calor típico
de meios fluidos.

37. Introdução
• A transferência de calor por convecção,
que ocorre com o contato entre um
fluido em movimento e a superfície,
estando os dois a diferentes
temperaturas.
• O calor é transferido para a camada de
ar adjacente a superfície da parede por
condução;
• Esse calor é então transportado para
longe da superfície por convecção.

38. Convecção Natural e Forçada
• Na convecção natural, ou livre, o
escoamento do fluido é induzido por
forças de empuxo, que vem de diferenças
de densidade causadas por variação de
temperatura do fluido.
• Na convecção forçada o fluido é
forçado a circular sobre a superfície
por meios externos, como uma bomba,
um ventilador, ventos atmosféricos.
CONVECÇÃO NATURAL
CONVECÇÃO FORÇADA

39. Aplicações da convecção
o Conforto em ambientes;
o Refrigeração de circuitos elétricos;
o Conservação de alimentos;
o Aquecimento de fluidos de processos, nas
industrias.

40.  Radiação
 Consiste na transferência de energia por radiação térmica e não é necessário um meio
material
 Tem eficiência máxima através do vácuo absoluto
 Em um corpo negro (ideal)  Lei de Stefan – Boltzmann
 Para condições reais
4
s
q .T q: densidade de fluxo de energia radiante emitida pela superfície (W/m²)
σ: constrante de Stefan – Boltzmann = 5,6697.10-8 W/m².K4
Ts: temperatura absoluta da superfície sólida (K);
ε: emissividade da superfície 0<ε<1
s
q ..T4 ε = 1: corpo negro
ε = 0: refletores (espelhos)

41.  Mecanismos Combinados
 Situações reais nas quais os três mecanismos de transferência de calor ocorrem
simultaneamente