aula

1. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa

2. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Transfererência de calor
“É a energia térmica em trânsito devido a um
gradiente de temperatura entre regiões
adjacentes”
Objetivos:
 Estender a análise termodinâmica de sistemas
por meio da transferência de calor
 Solucionar problemas práticos calculando as
taxas nas quais a transferência de calor ocorre

3. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos:
Formas de
energia
Térmica Mecânica
Cinética Potencial
Química Nuclear
Energia
interna, U
Transferência
de energia U
Trabalho, W
Calor, q

4. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos:
Primeira Lei da
termodinâmica
DU = CV DT
DU = q + W
Gás ideal pV = nRT
DH = Cp DT
Capacidade calorífica a
p constante
Capacidade calorífica
a V constante
 Unidades de calor:
[q] = [J] ou [cal] 1 cal = 4,18 J 1 kJ= 1000 J
1 kcal= 1000 cal 1 Btu= 1,055 kJ

5. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos:
Unidade de taxa de transferência de calor ( ou q’ ou q):
[J/s] = [W]
Unidade de fluxo de calor ( q’’ ):
[W/m2]

6. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos:
Mecanismos de
transferência de calor
Condução
Convecção
Radiação
Meio mais quente Meio mais frio
calor

7. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: condução
 O calor difunde das partículas mais energéticas
para partículas menos energéticas através de
choques e movimentos de rotação, transação e
vibração
 Um diferencial de temperatura causa o
movimento de partículas
gases

8. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: condução
 A condução em líquidos ocorre de forma
semelhante aos gases, entretanto, com as
moléculas mais próximas entre si
 A condução em sólidos ocorre através da vibração
do retículo cristalino das células unitárias
“A transferência de calor por condução em sólidos >
líquidos > gases”
 Ex.: aquecimento de uma colher de metal em uma
xícara quente
 Ex.: perda de calor de uma sala para o exterior
durante o inverno

9. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: condução
 Quantificação da condução: Lei de Fourrier

10. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: condução
 Transferência de calor em regime permanente: o
fluxo de transferência de calor (ou a taxa) é
constante ao longo do tempo (resfriamento da
residência no inverno)
 Transferência de calor em regime transiente: o fluxo
de transferência de calor (ou a taxa) varia ao longo
do tempo (resfriamento de maçã na geladeira)

11. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Exemplo 1
A parede de um forno industrial é construída com
tijolo refratário com 0,15 m de espessura, cuja
condutividade térmica é de 1,7 W/(m · K). Medidas
efetuadas ao longo da operação em regime
estacionário revelam temperaturas de 1400 e 1150 K
nas paredes interna e externa, respectivamente. Qual
é a taxa de calor perdida através de uma parede que
mede 0,5 m × 1,2 m?

12. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: convecção
 Transferência de calor que ocorre entre um fluido
em movimento e uma superfície estando ambos em
temperaturas distintas
 Camada limite hidrodinâmica: região entre a
superfície e o fluido ao qual os efeitos da dissipação
da energia mecânica e da difusão são sensíveis
 Camada limite hidrodinâmica:
superfície v=0 e T=Ts Convecção por difusão
Fluido distante
da superfície v=∞ e T=T∞
Convecção
macroscópica

13. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: convecção
 Camada limite hidrodinâmica:
superfície v=0 e T=Ts Convecção por difusão
Fluido distante
da superfície v=∞ e T=T∞
Convecção
macroscópica

14. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: convecção
 Convecção forçada: escoamento induzido por meios
externos
 Convecção natural: escoamento induzido por forças
de empuxo, diferenças de densidade, fluxo e influxo
de ar
 Quantificação da convecção: Lei do resfriamento de
Newton
Fluxo de calor
convectivo (W/m2)
Coeficiente convectivo
(W/(m2.K)

15. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: convecção
Ebulição condensação
forçada
natural

16. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: radiação
 Não há necessidade de um meio material para
ocorrer
 O fluxo térmico emitido por uma superfície real por
radiação é dado por:
Fluxo de calor
radiação (W/m2)
Emissividade
(maior ou igual
a zero e menor
ou igual a 1)
Constante de Boltzman
5,67 X 10-8 W/(m2.K4)
Temperatura da
superfície (K)

17. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: radiação
 O limite superior de emissão de radiação ocorre
quando a emissividade é igual a 1 – corpo negro:
 A absorção de radiação – irradiação – pode ser
calculada por:
Fluxo de calor
radiação (W/m2) absorvidade
(maior ou igual
a zero e menor
ou igual a 1)

18. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: radiação
 Troca de calor entre uma área pequena (Ts) e uma
área grande (Tviz):
 Superfície cinza: corpo que apresenta a absorvidade
igual a emissividade
 Fluxo de calor por radiação:

19. Transferência de calor e massa I
Professor Leonardo Alves da Costa
Conceitos básicos: radiação
Exemplo 2
Uma tubulação de vapor d’água sem (L = 3 m)
isolamento térmico atravessa uma sala na qual o ar e
as paredes se encontram a 25°C. O diâmetro externo
do tubo é de 70 mm, a temperatura de sua superfície
é de 200°C e esta superfície tem emissividade igual a
0,8. Quais são o poder emissivo da superfície e a sua
irradiação? Sendo o coeficiente associado à
transferência de calor por convecção natural da
superfície para o ar igual a 15 W/(m2 · K), qual é a
taxa de calor perdida pela superfície por unidade de
comprimento do tubo?

20. RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS
Professor Leonardo Alves da Costa
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
INCROPERA, Frank P; DEWITT, David P. Fundamentos de
transferência de calor e de massa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008
ÇENGEL, Yunus A. Transferência de calor e massa: uma abordagem
prática. 3.ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2009. 902 p