Conhecimentos de Base Recomendados

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Objetivos

Fornecer os conhecimentos básicos e os processos de cálculo dos métodos de Transferência de Calor: Condução, Convecção e Radiação.
O aluno no final da disciplina deverá ser capaz de:

• Explicar as bases da transferência de calor e massa


• Calcular o fluxo de calor por condução em regime estacionário e a distribuição de temperatura em geometrias unidimensionais planas e cilíndricas com ou sem fontes, bem como em superfícies alhetadas.


• Calcular a evolução de temperatura, ao longo do tempo e do espaço, em geometrias simples com e sem gradientes internos de temperatura.


• Determinar o fluxo de calor por convecção natural e forçada em geometrias simples.


• Classificar os permutadores, efectuar o cálculo de parâmetros de funcionamento e balanços de energia.


• Calcular a energia trocada entre superfícies negras e entre superfícies cinzentas em geometrias simples.


• Calcular o caudal mássico para condições básicas transferência de massa e difusão.

Métodos de Ensino

Os conteúdos programáticos são desenvolvidos nos três modos de transmissão de calor e nos permutadores de calor, com uma breve abordagem da transmissão de massa, sendo que a metodologia extensiva de resolução de problemas e verificação de fenómenos em laboratório permite consolidar os objetivos de aprendizagem.

A metodologia de ensino proposta visa assegurar que o aluno consegue atingir os objetivos de aprendizagem e competências através de uma forte componente de trabalho autónomo baseado em pesquisa e resolução de problemas.

As aulas teórico-práticas serão divididas num período de exposição com recurso a meios audiovisuais e num período prático com resolução de problemas tipo de aplicação directa e de problemas práticos. Nas aulas  de laboratório serão realizados ensaios de aplicação da matéria leccionada nas aulas teórico-práticas, bem como resolução de problemas.

Estágio(s)

Não

Programa

1.Introdução: Transferência de calor por condução; condutividade térmica; transferência de calor por convecção; transferência de calor por radiação; dimensões e unidades. Sistema internacional de unidades. Revisões de Termodinâmica.

2. Condução de Calor unidimensional: Introdução; placa plana – analogia eléctrica; isolamentos e resistividade térmica; superfícies de revolução: - cilindros simples e múltiplos; esferas. Condições fronteira do tipo convecção; coeficiente global de transferência de calor; espessura crítica do isolamento; geometrias com fonte de calor: placa plana e cilindro; sistemas com convecção e condução: alhetas rectangulares; eficiência das alhetas; generalização a alhetas circulares e triangulares; resistência térmica de contacto. Condução em regime transiente: geometrias com gradientes internos de temperatura desprezáveis; corpos semi-infinitos; diagramas de Heisler.

3. Convecção
3.1.Princípios de convecção : escoamento viscoso, escoamento laminar e turbulento – número de Reynolds; camada limite viscosa e térmica; Número de Prandtl; Número de Nusselt.
3.2. Relações empíricas e práticas para o coeficiente de transferência de calor em convecção forçada : escoamento no interior de tubos – escoamento laminar e escoamento turbulento; escoamento em torno de cilindros e esferas; escoamento em torno de feixes tubulares.
3.3. Convecção natural: introdução – descrição dos fenómenos físicos; transferência de calor por convecção natural numa placa plana vertical – número de Grashof; relações empíricas para a convecção natural. Número de Raylegh; convecção natural em cilindros horizontais; convecção natural em superfícies inclinadas; convecção natural e forçadas combinadas.

4. Permutadores de calor: coeficiente global de transmissão de calor; factor de sujidade; tipos de permutadores: paralelo, contracorrente e cruzado; diferença de temperatura média logarítmica. Eficiência de um permutador. Método -NTU.

5. Transferência de Calor por radiação: Introdução. Mecanismo físico e equações fundamentais; equação de Prandtl, energia de radiação: lei de Stefan-Boltzamn; noção de corpo negro/superfície negra; propriedades da radiação; radiação incidente, poder emissivo, identidade de Kirchoff; corpo cinzento – emissividade monocromática; definição de factor de forma; trocas de calor entre corpos (superfícies) não-negras - superfícies cinzentas. Noção de Irradiação e Radiosidade; equação da Radiosidade; analogia eléctrica.

6. Transferência de Massa: Lei de difusão de Fick; difusão em gases; difusão em líquidos e sólidos; coeficiente de transferência de massa

Demonstração de conteúdos

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Demonstração da metodologia

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Docente(s) responsável(eis)

João Francisco dos Santos Fernandes - 1.º Semestre

Bibliografia

Rui Figueiredo; Transmissão de calor - Fundamentos e Aplicações, LIDEL, 2015. ISBN: 978-972-757-983-9
Yunus A. Çengel; Transferência de Calor e Massa - Uma abordagem prática, 3ª edição, Mc Graw Hill, 2009. ISBN: 978-85-7726-075-1
Holman, J. P; Heat transfer, 9ª Edição, Mc Graw Hill, 2002. ISBN: 0-07-240655-0