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LICENCIATURA EM ENGENHARIA MECÂNICA


Transmissão de Calor

Área Científica: Engenharia Mecânica

3º Ano - 1º Semestre

Tempo de trabalho (horas/semestre)

  • 67,5h: tempo de contacto (4,5h/semana Teórica-Prática)
  • 81h: outras

Créditos ECTS: 5,5


Docentes 

Responsável:

  • Paulo Jorge Martins de Carvalho

Docentes:

  • Paulo Jorge Martins de Carvalho
  • Pedro Miguel Rodrigues da Costa
 
Descrição

Estudo das diversas formas de transmissão de calor e suas aplicações na indústria e na vida quotidiana do cidadão.

 
Objectivos e Competências Específicas

O principal objectivo desta disciplina é introduzir as noções fundamentais da transmissão de calor abordando as suas diversas formas de transmissão: condução, convecção e radiação, e as suas aplicações mais comuns no âmbito da engenharia mecânica.

Os alunos deveram ser capazes de avaliar as diversas formas de transmissão de calor presentes em qualquer caso prático relativo à engenharia mecânica e resolver problemas práticos, com a determinação dos fluxos de calor existentes, potências térmicas envolvidas nos processos, tempo necessário ao arrefecimento de um corpo até atingir o equilíbrio térmico com o ambiente, ou tempo necessário para que a sua temperatura suba até determinado valor final.

 
Programa Teórico e Teórico-Prático

Introdução.
A transmissão de calor e a indústria. Modos de transmissão de calor: condução, convecção e radiação. Gradiente térmico e linhas de fluxo térmico. Potência e energia térmicas.

Condução.
Condução unidimensional em regime estacionário. Lei de Fourier. Coeficiente de condutibilidade térmica. Resistência térmica. Aplicação da Lei de Fourier a superfícies planas, cilíndricas e esféricas. Condução de calor através de paredes planas, tubos e reservatórios esféricos. Condução através de estruturas compostas, planas, cilíndricas e esféricas. Isolamentos térmicos; características e aplicações. Condução de calor em regime transitório: análise de sistemas de resistência interna nula; critério de aplicação do método de resistência interna nula número de Biot; paredes de grande superfície, cilindros infinitos e esferas; solução aproximada pelo primeiro termo da série Cartas de Heisler e Grober; sólidos semi-infinitos; sistemas multi-dimensionais.

Convecção.
Convecão natural e forçada: Coeficiente de convecção. Escoamento laminar e turbulento. Fundamentos da camada limite. Número de Reynolds. Número de Nusselt. Número de Prandtl. Analogia entre transferência de calor e de quantidade de movimento. Cálculo do coeficiente global de transmissão de calor. Transmissão de calor entre dois fluidos separados por paredes planas e cilíndricas. Convecção forçada: Escoamento turbulento em placas planas e no interior e exterior de tubos. Cálculo do coeficiente de convecção. Relações empíricas para o escoamento em tubos. Convecção natural: mecanismo da convecção natural; número de Grashof; convecção natural sobre superfícies; correlações

Convecção natural no interior de invólucros; Condutibilidade térmica efectiva; Perdas de calor através de janelas de vidro duplo. Transferência de calor através de espaços confinados esféricos. Transferência de calor através de espaços confinados cilíndricos. Convecção natural em superfícies de alhetas. Convecção natural combinada com convecção forçada. Análise da tiragem dos produtos de combustão em chaminés.

Radiação.
Natureza da radiação. Absorção, reflexão e transmissão. Radiação do corpo negro. Poder emissivo do corpo negro. Lei do deslocamento de Viena. Lei de Stefan-Boltzman. Funções de radiação do corpo negro. Intensidade de radiação. Lei de Lambert. Lei da inversa quadrada. Emissividade e absortividade de uma superfície real. Corpos cinzentos. Temperatura efectiva do corpo negro. Leis de Kirchoff. Invólucro do corpo negro.

Transferência directa de energia por radiação: situações simplificadas. Corpo negro rodeado por superfícies negras. Corpo cinzento completamente rodeado por superfícies negras. Factores de forma e áreas de permuta. Fundamentos da radiação solar: generalidades; Radiação Solar recebida diariamente; Radiação solar recebida sobre superfícies: Horizontais, Verticais e Inclinadas. Absorção da radiação solar pelas superfícies; efeito da atmosfera terrestre. Medidas da radiação solar. Emissão atmosférica.

 
Bibliografia 
  • INCROPERA, F., WITT, D. Introdução à Transmissão de Calor.
  • J.P Holman. Heat Transfer.
  • ÇENGEL, Y. A.,” Heat  Transfer”
  • KREITH, F. Princípios de Transmissão de Calor.
  • ÖZISIK, M. Transferência de Calor.
  • “Heat Transmission”, de MacAdams, Editora MacGraw-Hill
  • AAVV. Problem Solvers Heat Transfer. Research & Education Association.
  • AAVV. 1000 Problemas Resolvidos de Transmissão de Calor. McGraw-Hill.
 
Metodologias de Ensino e Avaliação de Conhecimentos

Começando por uma abordagem teórica, envolvendo conhecimentos básicos de física geral, termodinâmica e mecânica de fluidos, evolui-se para uma abordagem prática complementar, compreendendo o contacto com os materiais e suas aplicações práticas nos laboratórios e a descrição de casos práticos, com a resolução de exercícios sobre os mesmos.

Avaliação através de 2 teste ou Exame, sendo em ambas os casos composto por uma parte teórica e uma parte prática.