1. O documento discute a transferência de calor por convecção natural. 2. Há três meios de transferência de calor: condução, convecção e radiação. 3. A convecção natural ocorre quando a energia é transferida das partes quentes para as frias de um fluido devido a diferenças de temperatura de forma natural, sem forçamento.

1. UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ - UNOCHAPECÓ
RESUMO – EXPERIMENTO TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR
CONVECÇÃO NATURAL
CRISTIANO DRUZIAN
LEANDRO PAULO VIAL
CHAPECÓ
2015

2. UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ - UNOCHAPECÓ
RESUMO – EXPERIMENTO TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR
CONVECÇÃO NATURAL
Por
Cristiano Druzian
Leandro Paulo Vial
Curso de Engenharia Mecânica
7º Período
Componente Curricular de Laboratório em
Ciências Térmicas
Professora Micheli Zanetti
Chapecó - SC, 15 de Março de 2015

3. Sumário
1.Transferência de calor .................................................................................. 3
1.1. Meios de Transferência de Calor ............................................................. 3
1.1.1. Transferência de Calor por Condução........................................... 3
1.1.2. Tranferência de Calor por Convecção ........................................... 3
1.1.3. Transferência de Calor por Radiação ............................................ 4
2. Transferência de Calor por Convecção Natural ........................................ 4
2.1. Fundamentos da Convecção ................................................................... 4
2.1.1. Lei Básica para Convecção ............................................................ 4
2..1.2. Determinação do Coeficiente de Película (h) ............................... 5
Referências Bibliográficas .............................................................................. 9

4. Resumo Sobre
Transferência de Calor por Convecção Natural
Uniforme
1.Transferência de calor
A transferência de calor ou calor é uma energia que está em movimento
devido a uma diferença de temperatura. Sempre que tivermos diferenças de
temperaturas entre um corpo e um meio ocorrerá transferência de calor, até que
os dois entrem em equilíbrio térmico.
A transferência de calor pode ocorrer de diversas formas ou meios, os
quais serão apresentados a seguir.
1.1. Meios de Transferência de Calor
1.1.1. Transferência de Calor por Condução
Está transferência ocorre em um meio estacionário, que pode ser um
sólido ou um fluido, em virtude de uma diferença de temperatura entre os dois.
1.1.2. Tranferência de Calor por Convecção
Este meio de transferência ocorre entre uma superficíe e um fluido em
movimento devido à uma diferença de temperatura entre eles.

5. 1.1.3. Transferência de Calor por Radiação
Este meio de transferência de calor ocorre através de ondas
eletromagnéticas emitidas por superfícies que apresentam uma diferença de
temperatura.
Entre esses meios de transferências de calor, existe as formas ao quais
podem ocorre, sendo elas natural ou forçada. Neste trabalho abordaremos
apenas a convecção de forma natural, expondo as equações e deduções para a
mesma.
2. Transferência de Calor por Convecção Natural
A convecção natural pode ser definida como o processo natural, onde a
energia é transferida das porções quentes para as porções frias de um fluido.
2.1. Fundamentos da Convecção
2.1.1. Lei Básica para Convecção
O calor transferido por convecção, na unidade de tempo, entre uma
superfície e um fluido pode ser calculado através da relação proposta por Isaac
Newton.
𝑄 = ℎ ∗ 𝐴 ∗ 𝛥𝑇
Onde:
Q = Fluxo de calor transferido por convecção;
A = Área de transferência de calor;
ΔT = Diferença de temperatura entre a superfície e o fluido;
h = Coeficiente de transferência de calor por convecção ou coeficiente de
película;

6. 2..1.2. Determinação do Coeficiente de Película (h)
O coeficiente de película é uma função complexa de uma série de variáveis
relacionadas com as seguintes características:
 Dimensão Característica, como altura de uma placa ou diâmetro de um
cilindro etc.(D);
 Propriedades físicas do fluido:
µ = viscosidade;
ρ = Densidade do fluido;
K = condutividade térmica do fluido;
Cp = Calor especifico;
Cv = Coeficiente de expansão volumétrica;
𝛼 = Difusividade térmica;
 Estado do movimento do fluido
V = Velocidade do fluido;
g = Aceleração da gravidade;
ΔT = Diferença de temperatura entre a superfície e o fluido;
Logo notamos que à obtençaõ de “h” é muito complexa, pois o memso
depende de variáveis. Para facilitar a obtenção do coeficiente de película, vários
métodos foram desenvolvidos através de equações empíricas para cada caso
em particular. Para a convecção forçada um dos métodos mais aplicado para se
obter o coeficiente convectivo natural (h) é através das correlações empíricas
através do cálculo do número adimensional de Nusselt, sendo:
Número de Nusselt correlacionado com o número de Grashof:
𝑁 𝑈𝑚 = 𝛷( 𝐺𝑟, 𝑃𝑟)

7. Onde,
𝐺𝑟 =
𝐷3∗ 𝐶 𝑣∗ 𝑔 ∗ ∆𝑇
µ2
𝑁𝑢 =
ℎ∗𝐷
𝐾
𝑃𝑟 =
𝐶 𝑝 ∗ µ
𝐾
𝑅𝑒 =
𝐷∗𝑉∗ 𝜌
µ
Sendo:
Nu = Número de Nusselt;
Num = Número de Nusselt médio;
Re = Número de Reynolds;
Ra = Número Rayleigh;
Pr = Número de Prandt;
Gr = Número de Grashof;
Podemos também correlacionar o número de Nusselt com o número de
Churchill & Chu, para obtermos o coeficiente de transferência convectivo, para
todas as condições, onde:
𝑁𝑢𝑚 = {0,825 +
0,387∗ 𝑅𝑎 𝐿
1/6
[1+(
0,492
𝑃 𝑟
)
9/16
]
4/9}
2
Para apenas a convecção natural o número de Nusselt correlacionado
com o número de Churchill & Chu se torna:

8. 𝑅𝑎 𝐷 ≤ 1012
𝑁 𝑈𝑚 =
{
0,60
0,387 ∗ 𝑅𝑎 𝐷1/6
[1 + (
0,559
𝑃𝑟
)
9/16
]
8/27
}
Onde:
𝑅𝑎 𝐷 = 𝐺𝑟𝐷 ∗ 𝑃𝑟 =
𝑔 ∗ 𝐶 𝑉 ∗ ( 𝑇𝑆 − 𝑇∾) ∗ 𝐷3
𝑣 ∗ 𝛼
De acordo com DELAI et. Al (2010) o estudo sobre convecção natural é
concentrado em intensificar a recirculação dos fluídos, atrelado ao número de
Rayleigh, verificados por isolinhas (velocidade e temperatura) e pelo número de
Nusselt médio nas superfícies onde se encontram isotermicamente ativas, assim
caracterizando o escoamento e a transferência de calor através das redes de
poros.
No experimento realizado o objetivo principal é determinar o coeficiente
convectivo natural médio da transferência de calor entre barras de diferentes
materiais e o ambiente, comparando o teórico com o experimental, onde os
mesmos são dados por:
ℎ 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 =
𝑁𝑢 𝑚 ∗ 𝐾
𝐷
ℎ 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 =
𝑚² ∗ 𝐾 ∗ 𝐷
4

9. Partindo deste princípio realizaremos um relatório, observando o
coeficiente convectivo natural de transferência de calor em três barra de
diferentes materiais.

10. Referências Bibliográficas
Çengel, Y. A, Ghajar. A. J. “Transferência de Calor e
Massa Uma Abordagem Pratica”, Mc Graw Hill, 4° Edição,
2012.
INCROPERA, F. P, DEWITT, D. P. “Fundamentos de
transferência de calor e de massa”, Rio de Janeiro: LTC, 4.
ed. 1998.