Convecção Natural - Transferência de Calor e Massa

1 Transferência de Calor e Massa THALES LOPES ALVES ANHANGUERA EDUCACIONAL 2 Convecção Natural Introdução Presença em situações cotidianas Resfriamento natural de corpos aquecidos ou aquecimento de corpos resfriados Descrição de fenômenos ambientais importantes Movimentação dos oceanos Movimentação da atmosfera Descrição de fenômenos químicos Dispersão de gases A convecção forçada é mais eficiente do que a convecção natural Origem Velocidades surgem no interior da massa do fluido devido aos gradientes de massa específica e a ação da força gravitacional força de empuxo causas para o gradiente de densidade Gradiente de Temperatura 3 Convecção Natural Introdução A convecção natural tem lugar quando há movimento de um fluido resultante de forças de impulsão A impulsão tem lugar num fluido onde há gradientes de densidade e uma força mássica por exemplo força gravítica proporcional à densidade Em transmissão de calor os gradientes de densidade são devidos a gradientes de temperatura e a força mássica é a força gravítica Gradientes de temperatura estáveis e instáveis 4 Convecção Natural Efeito combinado Convecção natural e forçada Geralmente ocorre um efeito combinado dos dois tipos de transferência de calor por convecção Efeito Combinado o coeficiente convectivo resultante é função dos números de Reynolds Re Grashof Gr e Prandtl Pr 4 3 5 Convecção Natural Efeito combinado Convecção natural e forçada Número de Grashof Gr representa a razão entre as forças de empuxo e as forças viscosas Em termos de coeficiente de expansão térmica β4 3 6 Convecção Natural Tipos de convecção Convecção forçada preponderantes Fluidos em altas velocidades Ambas são importantes Convecção forçada desprezível Convecção Natural Pura 7 Convecção Natural Camada Limite Surgimento de uma camada limite hidrodinâmica e uma camada limite térmica 8 Convecção Natural Camada Limite Turbulenta Dependente da magnitude relativa das forças de empuxo e das forças viscosas no fluído Baseado no número de Rayleigh Ra Produto entre os números de Grashof e Prandtl 9 Correlações Empíricas similaridade Convecção Natural Laminar Superfície vertical Número de Nusselt Local Nux Número de Nusselt Médio NuL 10 Correlações Empíricas similaridade Convecção Natural Escoamento Externo As correlações mais adequadas para a maioria dos cálculos de engenharia tem a forma 11 Correlações Empíricas similaridade Convecção Natural Escoamento Externo Placa vertical Correlação para todo o intervalo de RaL proposto por Churchill e Chu Uma precisão ligeiramente superior para escoamento laminar pode ser obtida por Estes também podem ser válidos para cilindros verticais com 12 Exemplo 93 O escoamento de ar no interior de um longo duto retangular com 075 m de largura por 03 m de altura mantém a superfície externa do duto a uma temperatura uniforme de 45 C Se o duto não possui isolamento térmico em nenhuma de suas faces e está exposto ao ar a 15 C no porão de uma casa qual é a taxa de transferência de calor no duto por metro de comprimento pelo processo de convecção natural 13 Exercício 934 O escoamento de ar através de um longo duto de arcondicionado com formato quadrado e 02 m de lado mantém sua superfície externa a uma temperatura de 10C Se o duto na posição horizontal não tem isolamento térmico e está exposto ao ar a 35C no porão de uma casa qual é o ganho de calor por unidade de comprimento do duto 14 Exercício Uma tubulação de vapor horizontal de diâmetro igual a 01 m passa através de um galpão cujo ar ambiente e paredes são mantidos a 23 C A temperatura da parede externa da tubulação é mantida a 165 C e a emissividade da superfície é igual a 085 Estime a perda de calor pela tubulação por unidade de comprimento Propriedades do ar Tf367 K k00313 WmK ν228x106 m2s α328x106m2s Pr0697 β2725x103 K1 MUITO OBRIGADO A TODOS