Transmissão do Calor

Objectivos

Conhecer os três modos de transferência de calor -- condução, convecção e radiação -- e as leis e as modelos analíticos correspondentes.

Adquirir competência para equacionar e resolver os problemas mais comuns relacionados com a transferência de calor nas várias áreas da Engenharia, como o isolamento e permuta de calor, recorrendo se necessário a meios computacionais.

Aprender a trabalhar em grupo e a saber gerir períodos de tempo limitados, quer nas aulas, quer nos momentos de avaliação. Exercitar auto-estudo (aula invertida sobre um método de permutadores de calor).

Caracterização geral

Código

10505

Créditos

6.0

Professor responsável

Daniel Cardoso Vaz, José Fernando de Almeida Dias, Luís Miguel Chagas da Costa Gil

Horas

Semanais - 4

Totais - 83

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Pressupõe-se o domínio das matérias versadas nas disciplinas de Física II, Análises Matemáticas, Álgebra Linear, Mecânica dos Fluidos e Termodinâmica Aplicada.

O bom desempenho nas avaliações, quer em exames, quer em trabalhos laboratoriais, pressupõe que o aluno sabe exprimir as suas ideias por escrito em português inteligível, sabe trabalhar com folha de cálculo ou outro auxiliar computacional, e que sabe aplicar as ferramentas exercitadas nas aulas.

Bibliografia

1. Carvalho, J. L. (2017), "Transferência de Calor e Eficiência Energética", NOVA Editorial - FCT/UNL.

2. Incropera e DeWitt (2011), "Fundamentals of Heat and Mass Transfer", John Wiley & Sons.

3. Holman, J. P. (2010), "Heat Transfer", McGraw-Hill.

4. Çengel, Yunus A. (2006), "Heat and Mass Transfer: A Practical Approach", McGraw‑Hill.

5. Bejan, Adrian (2013), "Heat Transfer", John Wiley & Sons.

6. Figueiredo, Rui (2015), "Transmissão de Calor - Fundamentos e Aplicações", Ed. Lidel.

Método de ensino

Existem aulas teóricas (1,5 h/semana) e aulas práticas (2,5 h/semana), e ainda uma sessão laboratorial. Nas aulas teóricas faz-se a exposição da matéria, sendo incentivada a participação dos alunos. Nas aulas práticas faz-se uma abordagem centrada na aplicação dos conceitos de modo a que os alunos colaborem activamente na resolução dos exercícios propostos.

Com a redução das horas de contacto há partes da matéria que envolvem mais autoestudo por parte do estudante e que são consolidadas por via da realização de dois trabalhos a serem realizados individual e autonomamente pelos estudantes, pressupondo o recurso a folha de cálculo ou outro auxiliar computacional para os resolver.

Método de avaliação

A avaliação contínua é constituída por uma componente do tipo "teórico-prática" e outra do tipo "laboratorial ou de projeto". A primeira consiste em três testes, T1, T2 e T3, contando respetivamente 32,5%, 27,5% e 20% para a nota final (NF). A segunda pesa 20% na nota final e consiste no conjunto de um trabalho experimental e relatório (TL, peso de 5%), realizado em grupo, no laboratório, e em dois problemas (P1 e P2, pesos de 7,5% cada um) a serem resolvidos individualmente, fora das aulas, e com recurso a auxiliares computacionais. Obtém-se a frequência com simultaneamente TL>=8 val. e com a entrega de pelo menos um dos problemas com classificação >= 8 val.

A sessão laboratorial decorre após a matéria de convecção natural. O trabalho P1 é para ser realizado logo após a matéria de diferenças finitas e o P2 logo após a matéria de permutadores de calor. As datas finais e prazos serão definidos no início do semestre. 

No caso de exame, este entra na nota final com o peso correspondente aos três testes, ou seja 80%. As parcelas entram nestas expressões arredondadas à décima.

Os testes e os exames são sem consulta. Qualquer formulário, ou gráfico, que se entenda necessário será dado no próprio enunciado da prova. As transgressões ficam sujeitas ao previsto no RAC.

Notas finais maiores ou iguais a 17 val. podem ser sujeitas a defesa de nota, por prova oral.

Conteúdo

1- Modos de transferência de calor: leis de Fourier, Newton e Stefan‑Boltzmann. Equação da difusão do calor. Difusividade térmica. Isotérmicas e fluxo de calor. Analogia eléctrica.

2- Condução em regime permanente: métodos analítico e numérico (diferenças finitas). Alhetas.

3- Condução em regime variável: números de Biot e Fourier. As cartas de Heisler. Regime periódico.

4- Convecção forçada: breve revisão de conceitos de mecânica dos fluidos. Equação diferencial de conservação da energia na camada limite térmica. Os números de Prandtl e Nusselt. Correlações empíricas.

5- Permutadores de calor: diferença média logarítmica de temperatura; configurações; cálculo térmico; método da efectividade-NTU (aula invertida).

6- Convecção natural. Número de Grashof. Correlações empíricas.

7 - Radiação: propriedades. Corpos negro e cinzento. Leis de Kirchhoff e de Wien. Emissividades monocromática e total. Factores de forma.

8 - Aplicação da matéria de estudo para abordar situações de uso sustentável de energia: exemplo do balanço energético de um painel solar plano.

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: