Energia térmica transferida entre uma superfície e um fluido em movimento com temperaturas diferentes – é conhecida como convecção.
Na realidade, esta é uma combinação de difusão e movimento de massa de moléculas. Perto da superfície, a velocidade do fluido é baixa, e a difusão domina. À distância da superfície, o movimento a granel aumenta a influência e domina.
Transferência de calor convectiva pode ser
- convecção forçada ou assistida
- natural ou livre convecção
- Transferência de Calor Condutiva
Convecção Forçada ou Assistida
Convecção forçada ocorre quando um fluxo de fluido é induzido por uma força externa, tais como uma bomba, ventilador ou misturador.
Convecção natural ou livre
Convecção natural é causada por forças de flutuabilidade devido a diferenças de densidades causadas por variações de temperatura do fluido. Ao aquecer, a alteração da densidade na camada limite fará com que o fluido suba e seja substituído por fluido mais frio que também aquecerá e subirá. Este fenómeno contínuo é chamado de convecção livre ou natural.
Processos de condensação ou de enchimento são também referidos como processos de transferência de calor por convecção.
- A transferência de calor por unidade de superfície através de convecção foi primeiramente descrita por Newton e a relação é conhecida como a Lei de Newton do Arrefecimento.
A equação para a convecção pode ser expressa como:
q = hc A dT (1)
where
p>q = calor transferido por unidade de tempo (W, Btu/hr)
A = área de transferência de calor da superfície (m2, ft2)
hc = coeficiente de transferência de calor convectivo do processo (W/(m2oC, Btu/(ft2 h oF))
dT = diferença de temperatura entre a superfície e o fluido a granel (oC, F)
Coeficientes de Transferência de Calor – Unidades
- 1 W/(m2K) = 0.85984 kcal/(h m2 oC) = 0,1761 Btu/(ft2 h oF)
- 1 Btu/(ft2 h oF) = 5,678 W/(m2 K) = 4,882 kcal/(h m2 oC)
- 1 kcal/(h m2 oC) = 1,163 W/(m2K) = 0.205 Btu/(ft2 h oF)
-
Coeficientes globais de transferência de calor
Coeficientes de transferência de calor convectivos
Coeficientes de transferência de calor convectivos – hc – depende do tipo de meio, se o seu gás ou líquido, e propriedades de fluxo tais como velocidade, viscosidade e outras propriedades dependentes de fluxo e temperatura.
Coeficientes típicos de transferência de calor convectivos para algumas aplicações de escoamento de fluidos comuns:
- Free Convection – ar, gases e vapores secos : 0.5 – 1000 (W/(m2K))
- Convecção livre – água e líquidos: 50 – 3000 (W/(m2K))
- Convecção forçada – ar, gases e vapores secos: 10 – 1000 (W/(m2K))
- Convecção Forçada – água e líquidos: 50 – 10000 (W/(m2K))
- Convecção Forçada – metais líquidos: 5000 – 40000 (W/(m2K))
Li>Água de Convecção Forçada: 3.000 – 100.000 (W/(m2K))Li>Vapor de Água de Condensação: 5.000 – 100.000 (W/(m2K))
- Coeficientes de transferência de calor do permutador de calor
Coeficiente de transferência de calor convectivo para o ar
O coeficiente de transferência de calor convectivo para o fluxo de ar pode ser aproximado a
hc = 10.45 – v + 10 v1/2 (2)
onde
hc = coeficiente de transferência de calor (kCal/m2h°C)
v = velocidade relativa entre a superfície do objecto e o ar (m/s)
Desde
p>p>1 kcal/m2h°C = 1.16 W/m2°C
– (2) pode ser modificado para
hcW = 12,12 – 1,16 v + 11,6 v1/2 (2b)
where
hcW = coeficiente de transferência de calor (W/m2°C)
Nota! – esta é uma equação empírica e pode ser usada para velocidades de 2 a 20 m/s.
- Fluxo de ar convectivo de uma única fonte de calor
Exemplo – Transferência de calor convectiva
Um fluido flui sobre uma superfície plana 1 m por 1 m. A temperatura da superfície é de 50oC, a temperatura do fluido é de 20oC e o coeficiente de transferência de calor convectivo é de 2000 W/m2oC. A transferência de calor por convecção entre a superfície mais quente e o ar mais frio pode ser calculada como