ENGENHARIA DE MATERIAIS. Fenômenos de Transporte em Engenharia de Materiais (Transferência de Calor e Massa)
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- Paulo Arantes Raminhos
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1 ENGENHARIA DE MATERIAIS Fenômenos de Transporte em Engenharia de Materiais (Transferência de Calor e Massa) Prof. Dr. Sérgio R. Montoro sergio.montoro@usp.br srmontoro@dequi.eel.usp.br
2 Objetivos da Disciplina Introdução de conceitos relacionados com taxa e fluxo de quantidade de movimento, calor e massa, aplicados ao processamento de materiais metálicos, cerâmicos e poliméricos. Capacitar o aluno a modelar e resolver problemas de interesse em fenômenos de transporte, com escolha adequada de hipóteses e aplicação de ferramentas correspondentes de solução.
3 Programa Resumido Introdução à transferência de calor. Condução de calor em regime permanente e em regime transiente. Transferência de calor por convecção livre e forçada. Transferência de calor por radiação térmica. Transferência de calor com mudança de fase. Transferência de massa. Exemplos de aplicação.
4 Programa Introdução à transferência de calor. Propriedades térmicas dos materiais. Condutividade térmica de sólidos, fluidos e meios porosos. Conceito de difusividade térmica. Transferência de calor por condução: transferência de calor em regime permanente. Equação de Fourier. Transferência de calor em regime permanente com contornos convectivos. Lei de Newton do resfriamento. Condução de calor em regime transiente. Difusividade térmica. Número de Biot.
5 Programa Analogia entre transferência de calor e circuitos elétricos: conceitos de resistência e capacitância térmicas. Transferência de calor por convecção livre e forçada. Convecção livre. Parâmetros de similaridade. Número de Rayleigh. Convecção forçada. Teoria da camada limite. Número de Prandtl e número de Nusselt. Transferência de calor por radiação. Radiação do corpo negro. Propriedades da radiação. Fator de forma da radiação.
6 Programa Transferência de calor na solidificação. Transferência de massa. Difusividade em sólidos, líquidos, gasosos e meios porosos. Transferência de massa em sistemas fluídos. Modelos para o coeficiente de transferência de massa. Transferência de calor com mudança de fase: ebulição e conden sação. Transferência de massa em sistemas heterogêneos. Reações sólidos/gás, sólido/líquido, líquido/líquido e líquido/gás.
7 INTRODUÇÃO
8 Ciências Térmicas Termodinâmica Transformações da energia e o relacionamento entre as várias grandezas físicas de uma substância afetada por aquelas transformações energéticas. ENERGIA Mecânica dos Fluidos Transporte de energia e a resistência ao movimento associado com o escoamento dos fluidos Transferência de Calor e Massa Transferência de uma determinada forma de energia como decorrência de uma diferença de temperaturas
9 Mecânica dos Fluidos Energia Fonte de Energia Transporte de uma posição espacial para outra Ex.: Sistema de aquecimento de água ou ar Produz uma fonte de energia térmica Transporte para uso Movimentação ou bombeamento através dos pontos de distribuição Origem das forças que se opõem ao movimento Força de Arrasto (resistência ao moviemento) Força exercida pelo vento sobre um edificio Potência requerida para bombear fluidos Etc. Equação da Quantidade de Movimento
10 Tranferência de Calor Energia Fluxo de Calor Transporte de calor Diferença de Temperatura sem presença de trabalho Condução Convecção Radiação Existência de um gradiente de temperatura dentro do sólido ou fluido Transferência de calor entre um fluido e uma superfície sólida Transferência de energia por ondas eletromagnéticas Lei de Fourier Lei de Resfriamento de Newton Lei de Stefan- Boltzman
11 Termodinâmica Energia Uma certa quantidade de matéria ou com um volume bem definido no espaço Energia pode entrar ou sair do sistema de duas formas Calor Sistema Sistema Fechado Massa Fixa Diferença de temperatura Sistema Aberto Volume de Controle Volume bem definido do espaço Trabalho Diferença de potencial diferente de temperatura: Trabalho mecânica e elétrico Balanço de Massa & Balanço de Energia
12 Instalação Simples de uma Central Termoelétrica a Vapor Produtos de Combustão Chaminé Silo de Carvão Vapor Turbina Gerador Elétrico Lavador Gases Calcário Óleo Cinzas Volantes Moedor de carvão Soprador de Ar Cinzas Trocador de Calor Sistema de Resfriamento
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Condução de calor em regime transiente Condições variam com o tempo ) Temperatura na superfície de um sólido é alterada e a temperatura no interior do sólido começa a variar ) Passa-se algum tempo antes
Curso de Graduação em Engenharia, Habilitação em Engenharia Mecânica... Estrutura Curricular: 1ª SÉRIE / 1º PERÍODO
Curso de Graduação em Engenharia, Habilitação em Engenharia Mecânica... Estrutura Curricular: Curso: 4 ENGENHARIA MECÂNICA Currículo: 2 Resolução UNESP 33, de 24/6/1988 (ingressantes a partir de 1993 a
Transferência de Calor Condução e Convecção de Calor
Transferência de Calor Condução e Material adaptado da Profª Tânia R. de Souza de 2014/1. 1 O calor transferido por convecção, na unidade de tempo, entre uma superfície e um fluido, pode ser calculado
Curso de Graduação em Engenharia, Habilitação em Engenharia Mecânica... Estrutura Curricular: 1ª SÉRIE / 1º PERÍODO
Curso de Graduação em Engenharia, Habilitação em Engenharia Mecânica... Estrutura Curricular: Curso: 4 ENGENHARIA MECÂNICA Currículo: 3 Resolução UNESP 33, de 24/6/1988 (ingressantes a partir de 2001 a
Os diferentes processos de transferência de calor são referidos como mecanismos de transferência de calor.
REGIME PERMANENTE (estáveis) (Steady State) Quando a temperatura de um ponto não varia com o tempo o regime é considerado permanente. Se em um lado de uma placa a temperatura é sempre 80 C e no outro 200