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.

Saber aplicar os conhecimentos a situações novas e em que várias partes da matéria possam estar presentes, em particular nos elementos de avaliação. Utilizar meios computacionais cmo ferramenta de apoio à compreensão da matéria.

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 - 66

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 (balanços de energia, calor específico, eficiência de permutadores de calor, ...).

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

Um dos seguintes livros de texto:

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). Nas aulas teóricas faz-se a exposição da matéria, sendo incentivada a participação dos alunos; inclui-se uma demonstração experimental em sala de aula sobre convecção naturalNas aulas práticas faz-se uma abordagem centrada na aplicação dos conceitos de modo a que os alunos colaborem activamente na resolução dos exercícios propostos; incluem-se ainda demonstrações de laboratório computacional (alhetas e escoamento sobre placa plana).

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 (método das diferenças finitas e permutadores de calor) contribuindo para a avaliação, pressupondo o recurso a um meio 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 em dois problemas (P1 e P2, pesos de 10% cada um) a serem resolvidos fora das aulas e com recurso a auxiliares computacionais. Obtém-se a frequência com a entrega de pelo menos um dos problemas com classificação >= 8 val.

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 de entrega 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.

O estudantes deverão trazer para os testes e/ou exames as tabelas e gráficos que se encontram no final do caderno de exercícios propostos, sem anotações, e que serão o único elemento de consulta. Qualquer formulário 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.

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: