Transmissão do Calor
Objetivos
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 gerir períodos de tempo limitados, nos vários momentos de avaliação. Exercitar auto-estudo. 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 como ferramenta de apoio à compreensão da matéria.
Caracterização geral
Código
10505
Créditos
6.0
Professor responsável
Daniel Cardoso Vaz, 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. Há ainda uma demonstração experimental (conveção natural). 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; 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 práticos a realizar individualmente (P1 e P2, pesos de 10% cada um). Obtém-se a frequência com a entrega de ambos os problemas e perfazendo uma média simples >= 7,5 val.
O trabalho P1 incide sobre a matéria de diferenças finitas e a sua data final de entrega será definida após as datas de avaliação contínua do semestre terem sido harmonizadas pela Comissão Científica. O P2 incide sobre permutadores de calor, sendo avaliado por GoogleForms.
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. Assim, também só poderão usar calculadoras científicas simples ou outras desde que em modo de exame. 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 (DMLT); configurações; cálculo térmico; métodos DMLT e 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.