Transferência de Calor por Convecção

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FENÔMENOS DE TRANSPORTE 
Prof. Dr. Mara Nilza Estanislau Reis 
 
 
 
 
 
 UNIDADE IV 
 
UNIDADE IV 
 
4.1. Modos de Transferência de Calor: Condução, 
convecção e radiação. 
4.2. Leis básicas da Transferência de Calor. 
4.3. Equação da condução de calor em 
coordenadas cartesianas. 
4.4. Equação da condução de calor em 
 
UNIDADE IV 
 
coordenadas cilíndricas e esféricas. 
4.5. Condução unidimensional em regime 
permanente 
4.6. Circuito térmico. 
4.7. Parede plana. 
4.8. Parede composta. 
 
UNIDADE IV 
 
4.9. Sistemas radiais. 
4.10. Aletas. 
SEJAM BEM-VINDOS AO CURSO DE 
FENÔMENOS DE TRANSPORTE! 
Ao final desta unidade, você deverá ser capaz de: 
entender o mecanismo básico de transferência 
de calor por convecção; 
compor a Lei de Newton do Resfriamento; 
distinguir convecção natural de convecção 
forçada. 
 
 
 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
 
 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Mecanismo de CONVECÇÃO 
Fonte: CANO (2018) 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Convecção térmica é a propagação de calor com 
transporte de matéria. Ocorre somente nos 
líquidos e gases. 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Exemplo: Água no fogo. 
A água quente na parte inferior, menos densa, 
sobe, enquanto a água fria na parte superior, mais 
densa, desce. Esse movimento de água quente e 
água fria, chamado de corrente de convecção, faz 
com que a água se aqueça como um todo. 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Fonte: CANO (2018) 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Exemplo: Ar condicionado. 
Para facilitar o resfriamento de uma sala, o 
condicionador de ar deve ser colocado na parte 
superior da mesma. Assim, o ar frio lançado, mais 
denso, desde, enquanto o ar quente na parte 
inferior, menos denso, sobe (corrente de 
convecção). 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Exemplo: Geladeira. 
Para facilitar o resfriamento da geladeira, o 
congelador deve ser colocado na parte superior 
da mesma. Assim, o ar frio próximo ao 
congelador, mais denso, desce, enquanto o ar 
quente na parte inferior, menos denso, sobe 
(corrente de convecção). 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Exemplo: Brisa litorânea. 
De dia, o ar junto à areia se aquece e, por ser 
menos denso, sobe e é substituído pelo ar frio 
que estava sobre a água. Assim, forma-se a brisa 
que sopra do mar para a terra, a brisa marítima. 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
À noite, o ar junto à água, agora mais aquecido, 
sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre 
a areia. Assim, forma-se a brisa que sopra da terra 
para o mar, a brisa terrestre. 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Na convecção, além da transferência de calor 
devido ao movimento molecular aleatório 
(difusão térmica), a energia também é transferida 
por meio do movimento macroscópico do fluido. 
Assim, a convecção envolve um transporte 
cumulativo (condução + movimento de fluido), e 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
o termo advecção refere-se exclusivamente ao 
transporte de energia, devido ao movimento 
global do fluido. 
 
 
Lei de Newton do Resfriamento 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
 = Fluxo de calor por convecção (W/m2) conv"q
  TThq sconv
"
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
h = Coeficiente convectivo de calor (W/m2K) 
 
 = Temperatura da superfície (K) 
 
Ts 
= Temperatura do fluido (K) T 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
A taxa de transferência de calor por convecção é 
dada por: 
 
 Aqq convconv
"
  TThAq sconv
Fonte: ÇENGEL (2012) 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Em função da ação que irá promover o 
movimento de fluido, a convecção pode ser 
dividida em: 
Fonte: CANO (2018) 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Fonte: ÇENGEL (2012) 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
 
Convecção natural ou livre: 
 
qc 
T1 
Tar 
CONVECÇÃO NATURAL 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
 
Convecção natural ou livre: 
 
Fonte: CANO (2018) 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
O gradiente de temperatura gera uma diferença 
de massa específica no fluido, e essa diferença 
gera o deslocamento de fluido (escoamento). 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
 
Convecção forçada: 
 
qc 
T1 
Tar 
CONVECÇÃO FORÇADA 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
 
Convecção forçada: 
 
Fonte: CANO (2018) 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR 
Situação na qual um dispositivo mecânico (meio 
externo: ventilador, bomba, ventos 
atmosféricos, etc.) força o fluido a escoar sobre 
a superfície. 
 
 
 
 
 
 EXEMPLO 
EXEMPLO 
 
 No cálculo da troca térmica, pode-se aproximar a 
superfície exposta de uma pessoa adulta à área 
lateral de um cilindro vertical com diâmetro de 
30 cm e altura equivalente à altura da pessoa. 
Diante do exposto, determinar a taxa de 
transferência de calor, em (W), de uma pessoa 
EXEMPLO 
 
 com 1,90 m de altura, com temperatura corporal 
de 34°C, em um ambiente climatizado a 15°C 
que apresenta um coeficiente convectivo de 
calor h= 20 (W/m2K). 
EXEMPLO 
 
 
  TThAq sconv
 
Wq
CCmm
Km
W
q
TThAq
conv
conv
sconv
680
)1534)(9,1.10.30..(
.
.20 2
2












REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 
 
  INCROPERA, Frank P. Fundamentos de Transferência 
de Calor e Massa, 7 ed., Rio de Janeiro: Livros Técnicos 
e Científicos Editora Ltda, 2014.672 p. 
 ÇENGEL, Yunus A.; GHAJAR, Afshin J. Transferência 
de Calor e Massa. 4 ed., Porto Alegre: AMGH Editora 
Ltda, 2012.906 p. 
 
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 
 
 FILHO, Washington B. Fenômenos de Transporte 
para Engenharia. 2 ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e 
Científicos Editora Ltda, 2012. 342 p. 
LIVI, Celso P. Fundamentos de Fenômenos de 
Transporte – Um texto para Cursos Básicos.2 ed. Rio 
de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, 
2012. 237 p. 
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 
 
  KREITH, Frank; BOHN, Mark S. Princípios de 
Transferência de Calor. São Paulo: Editora Cengage 
Learning, 2003. 624 p. 
ATÉ A NOSSA PRÓXIMA 
AULA. 
Muito obrigada pela atenção.