Toda a vida na Terra é possível por causa da energia do Sol. Depois dessa energia ser capturada, pode ser desperdiçada, armazenada, transformada e transmitida. Este livro centra-se no modo como a energia se transmite e quais os mecanismos principais associados a essa transmissão. Por outro lado, como abordagem teórico-prática, o livro procura unir a teoria à prática e a prática à teoria através de explicações que estimulem o pensamento crítico, a criatividade na passagem da abstração à solução concreta e a intuição em engenharia.
As três primeiras partes incidem sobre cada um dos três mecanismos de transmissão de calor – condução, convecção e radiação – e uma quarta parte dedica-se a aplicações.
O primeiro capítulo inclui, também, uma proposta do modo de abordar os problemas (4C’s) e a metodologia que concretiza essa abordagem.
É um livro que parte da experiência dos autores e da ideia de que o melhor modo de ensinar é aprender com quem aprende. Por isso, destina-se sobretudo aos estudantes que precisam dos conhecimentos de transmissão de calor na sua formação académica, mas também a todos os que pretendem recordar esses conhecimentos para os utilizar na sua vida profissional.
Prefácio
1 Introdução à Transmissão de Calor
1.1. Condução
1.2. Convecção
1.3. Radiação
1.4. Os 4C na abordagem de problemas
1.5. Primeiros passos
1.6. Exemplos de aplicação dos mecanismos de transmissão de calor
1.7. Noções práticas da Matemática aplicadas à Física
1.8. EXERCÍCIOS
I Parte - CONDUÇÃO
2 Introdução à Condução de Calor
2.1. Acumulação de energia
2.2. Trocas de calor na fronteira e geração interna de energia
2.3. Simplificações
2.4. Condições fronteira e inicial
2.5. Análise escalar
2.6. EXERCÍCIOS
3 Condução de Calor Uni-Dimensional
3.1. Análogo eléctrico
3.2. Paredes compostas
3.3. Resistência de contacto
3.4. Sistemas cilíndricos e esféricos
3.5. Raio crítico de isolamento
3.6. Efeitos 2D e 3D
3.7. EXERCÍCIOS
4 Condução de Calor Transiente
4.1. Número de Biot
4.2. Dimensão característica na análise de Biot
4.3. Método da capacitância global
4.4. Soluções aproximadas
4.5. EXERCÍCIOS
II Parte - CONVECÇÃO
5 Introdução à Convecção de Calor
5.1. Regimes de escoamento
5.2. Número de Nusselt
5.3. Relação entre transmissão de calor e mecânica dos fluidos
5.3.1. Quando a camada limite térmica é espessa
5.3.2. Quando a camada limite térmica é fina
5.4. EXERCÍCIOS
6 Convecção Forçada em Escoamentos Exteriores
6.1. Escoamento sobre placa plana
6.2. Escoamento em torno de um cilindro
6.3. Escoamento em torno de esferas
6.4. EXERCÍCIOS
7 Convecção Forçada em Escoamentos Interiores
7.1. Hidrodinâmica do escoamento no interior de um tubo
7.1.1. Perfil de velocidade
7.1.2. Gradiente de pressão
7.1.3. Factor de atrito
7.2. Transmissão de calor em escoamentos interiores
7.2.1. Temperatura média
7.2.2. Análise das condições de escoamento totalmente desenvolvido
7.3. Balanço de energia
7.4. Correlações empíricas
7.4.1. Regime laminar
7.4.2. Região de entrada em regime laminar
7.4.3. Regime turbulento
7.4.4. Tubos de secção não-circular
7.5. EXERCÍCIOS
8 Convecção Natural 179
8.1. Forças de impulsão na origem da convecção natural
8.2. Análise escalar às equações de conservação
8.2.1. Convecção e condução pura
8.2.2. Conservação de massa
8.2.3. Conservação de energia
8.2.4. Conservação de quantidade de movimento
8.3. Convecção natural em regime laminar numa parede vertical
8.4. Correlações empíricas em convecção natural
8.4.1. Regime do escoamento em convecção natural
8.4.2. Convecção natural exterior
8.4.3. Cilindros e esferas concêntricas
8.5. EXERCÍCIOS
III Parte - RADIAÇÃO
9 Radiação de Calor
9.1. Conceitos fundamentais
9.2. Intensidade de radiação
9.3. Radiação de corpo negro
9.4. Emissividade, absortividade, reflectividade e transmissividade
9.5. Lei de Kirchhoff
9.6. Fracção de radiação de corpo negro
9.7. Radiação ambiental
9.8. EXERCÍCIOS
10 Trocas de Energia por Radiação entre Superfícies
10.1. Factores de forma
10.2. Trocas de calor por radiação de corpo negro
10.2.1. Trocas de calor por radiação entre superfícies opacas, cinzentas e difusas numa cavidade
10.2.2. Trocas de calor por radiação entre superfícies
10.3. Redes radiativas lineares
10.4. Transferência de calor combinada
10.5. EXERCÍCIOS
IV Parte - APLICAÇÕES
11 Permutadores de Calor
11.1. Balanço de energia
11.2. Método da diferença de temperatura média logarítmica
11.3. Método "-NTU
11.4. EXERCÍCIOS
12 Tópicos Avançados e Aplicações
12.1. Escoamento sobre feixes de tubos
12.2. Jactos incidentes
12.2.1. Jactos circulares
12.2.2. Jactos em fenda
12.3. Convecção natural entre canais de placas paralelas
12.4. Convecção natural em cavidades
ANEXOS
Anexo A Deduções
A.1. Dedução da distribuição de temperatura num tubo
A.2. Dedução da distribuição de temperatura numa camada esférica
A.3. Dedução da solução analítica normalizada: condução transiente
A.4. Dedução da variação de temperatura do fluido num escoamento interior
A.5. Dedução de Tm(x) no interior de tubos
A.6. Dedução de " = 1 - exp(-NTU)
Anexo B Elementos Auxiliares da Radiação
Anexo C Tabelas de Propriedades Termofísicas
Anexo D Formulário de Transmissão de Calor
Bibliografia
Índice de Figuras
Índice de Tabelas
Índice Remissivo
Marta J.N. Oliveira Panão
Professora Auxiliar no Departamento de Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Formada em Engenharia Física Tecnológica no Instituto Superior Técnico, desenvolve investigação na área da Física de Edifícios, em modelação numérica do desempenho térmico de edifícios e modelação do consumo de energia no parque edificado, desenvolvimento de indicadores de desempenho aplicados à certificação energética, pobreza energética e edifícios de balanço energético nulo.
Miguel R. Oliveira Panão
Professor Auxiliar no Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Formado em Engenharia Mecânica no Instituto Superior Técnico, desenvolve investigação na aplicação de técnicas laser no estudo de escoamentos multifásicos, sprays e atomização de líquidos, teoria construtal, teoria da informação aplicada a sprays e sistemas de armazenamento de energia.