Convecção - UniSALESIANO

Convecção
(natural e forçada)
Prof.Dr.EdvalRodriguesdeViveiros
Convecçãonatural
Convecçãoforçada
Convecçãonatural
Atransmissãodecalorporconvecçãonaturalocorresempre
quandoumcorpoécolocadonumfluidoaumatemperatura
maior ou menor do que a do corpo. Em consequência da
diferençadetemperatura,ocalorfluientreofluidoeocorpo
e causa uma variação de densidade nas camadas fluidas
situadas nas vizinhanças da superfície. A diferença de
densidade induz um escoamento descendente do fluido
mais pesado e ascendente do fluido mais leve. Esse
mecanismodetransmissãodecaloréchamadodeconvecção
natural ou livre. O movimento do ar no deserto, num dia
calmo;atrocadecalornosradiadoresdevapor,nasparedes
de um edifício e no corpo humano estacionário numa
atmosferacalma,sãoexemplosdeconvecçãonatural.
Equaçõesqueregemadinâmicado
fenômeno(momentum)
Convecçãoforçada
Quando o movimento é causado por um agente externo,
como uma bomba ou um ventilador, tem-se a convecção
forçada.
O resfriamento de um radiador de automóvel, pelo ar
soprado por um ventilador, é um exemplo de convecção
forçada.
NúmerodeGrashof
Oparâmetroβéaexpansividadedovolume(K−1),géa
aceleraçãodevidoàgravidade,ΔTéadiferençade
temperaturaentreasuperfíciequenteeocorpodofluido
(K),Léocomprimentooudimensãocaracterística(isto
dependedoobjeto)eνéaviscosidade.
Paraumaplacavertical
TransformadoresdeDistribuição
TransformadoresdeForça
NúmerodeNusselt
O Número de Nusselt é uma grandeza bastante utilizada
paraadeterminaçãodocoeficientedetransferênciadecalor
por convecção, baseada na análise dimensional, na qual é
utilizadaparadeterminarparâmetrosatravésderelaçõesde
similaridade.
Onde
h = coeficiente aplicável médio entre a borda inferior da
placaequalquerpontoaumadistânciaL(W/m².K)
L=alturadeumasuperfícievertical(m)
kf=condutividadetérmica(W/m.K)
Geometria
Comprimento
característico
Nu0
Plano inclinado
x (distância ao
longo do plano)
0.68
Disco inclinado
9D/11 (D =
Diâmetro)
0.56
Cilindro vertical
x (altura do
cilindro)
0.68
Cone
4x/5 (x = distância
ao longo da
superfície
inclinada)
0.54
Cilindro
horizontal
(D = Diâmetro do
cilindro)
0.36
NúmerodePrandtl
OnúmerodePrandtl{Pr}éumnúmeroadimensionalque
aproximaarazãodedifusividadedemomento(viscosidade
cinemática) e difusividade térmica de um fluido,
expressando a relação entre a difusão de quantidade de
movimento e a difusão de quantidade de calor dentro do
próprio fluido, sendo uma medida da eficiência destas
transferências nas camadas limites hidrodinâmica e
térmica. É um grupo adimensional importante para o
estudo dos processos de transferência de calor por
convecção.
onde:
ν:viscosidadecinemática, ν= µ\ρ ,(emunidadesdoSI:
m²/s)
α:difusividadetérmica,α=k/(ρcp),(unidadesdoSI:m²/
s)
µ:viscosidadedinâmica,(unidadesdoSI:Pas)
k:condutividadetérmica,(unidadesdoSI:W/(mK))
cp:calorespecífico,(unidadesdoSI:J/(kgK))
ρ:densidade,(unidadesdoSI:kg/m³).
Valores característicos do número de Prandtl
Metais líquidos
Sódio
0.011
Mercúrio
0.0196
Bismuto
0.0142
Gases
Ar
0.70
Dióxido de carbono
0.75
Monóxido de carbono
0.73
Hélio
0.68
Hidrogênio
0.70
Outros líquidos
Água
Fluidos viscosos
4.6
Óleo lubrificante de motor
3400
Glicerina
3060
NúmerodeRayleigh
O número de Rayleigh é definido como o produto do
número de Grashof, que descreve a relação entre
flutuabilidade e viscosidade dentro de um fluido, e o
número de Prandtl, que descreve a relação entre a
difusividade dinâmica e a difusividade térmica. Assim, o
númerodeRayleightambémpodeservistocomoarazão
deforçasedeflutuabilidadee(oprodutode)difusividades
térmicaedinâmica.
L3
Exemplo:
A superfície das paredes de um fogão de cozinha
encontram-se na temperatura de 37,5° C enquanto a
temperatura do forno está a 200 °C.
O fogão tem 0,75 m de altura e suas paredes tem 0,7 m
de largura.
Se a temperatura do ar na cozinha for de 17,5 °C calcule
a quantidade de calor perdida pelas paredes laterais do
fogão.