Tipos de coeficientes de transferência de calor, como convecção natural e forçada, radiação e condutividade térmica, com definições e métodos de cálculo.
8 Tipos de Coeficientes de Transferência de Calor e Seus Cálculos
Na engenharia térmica, a compreensão dos coeficientes de transferência de calor é crucial para o projeto e a análise de sistemas térmicos. Esses coeficientes quantificam a taxa de transferência de calor entre superfícies e fluidos. Aqui estão 8 tipos de coeficientes de transferência de calor, com suas definições e métodos de cálculo.
1. Coeficiente de Convecção Natural
O coeficiente de convecção natural é aplicável quando um fluido move-se sobre uma superfície devido a diferenças de densidade causadas por variações de temperatura.
- Equação: h = \frac{Nu * k}{L}
- Onde:
- h = Coeficiente de transferência de calor por convecção (W/m²K)
- Nu = Número de Nusselt
- k = Condutividade térmica do fluido (W/mK)
- L = Comprimento característico (m)
2. Coeficiente de Convecção Forçada
O coeficiente de convecção forçada ocorre quando um fluido é forçado a fluir sobre uma superfície por meios externos, como bombas ou ventiladores.
- Equação: h = \frac{Nu * k}{D}
- Onde:
- D = Diâmetro do tubo (m)
3. Coeficiente de Radiação
Este coeficiente considera a transferência de calor devido à radiação térmica entre duas superfícies.
- Equação: h_r = \sigma * \epsilon * (T_1^4 – T_2^4)/(T_1 – T_2)
- Onde:
- σ = Constante de Stefan-Boltzmann (5.67×10⁻⁸ W/m²K⁴)
- ε = Emissividade das superfícies
- T_1 e T_2 = Temperaturas (K)
4. Coeficiente de Condutividade Térmica
Este coeficiente aplica-se à condutividade de calor através de um material sólido.
- Equação: q = -k * A * \frac{dT}{dx}
- Onde:
- q = Fluxo de calor (W)
- A = Área da superfície (m²)
- \frac{dT}{dx} = Gradiente de temperatura (K/m)
5. Coeficiente de Condutividade Efetiva
Este coeficiente é usado em materiais porosos ou compósitos para considerar a condutividade térmica combinada das diferentes fases do material.
- Geralmente calculado por modelos empíricos ou numéricos baseados na geometria e composição do material.
6. Coeficiente de Transferência de Calor Interno
Refere-se à transferência de calor entre camadas de um fluido em movimento dentro de um tubo.
- Equação: h_{int} = \frac{k}{D} * Nc
- Onde:
- Nc = Número de Nusselt para o fluxo interno
7. Coeficiente de Transferência de Calor Externo
Relaciona-se à transferência de calor de um fluido em movimento externo a um corpo sólido.
- Equação: h_{ext} = \frac{k}{D} * N_x
- Onde:
- N_x = Número de Nusselt para o fluxo externo
8. Coeficiente Global de Transferência de Calor
Combina todos os modos de transferência de calor (condução, convecção e radiação) em um único valor.
- Equação: \frac{1}{U} = \frac{1}{h_1}+ R_c + \frac{1}{h_2}
- Onde:
- U = Coeficiente global de transferência de calor (W/m²K)
- h_1 e h_2 = Coeficientes de transferência de calor das superfícies envolventes
- R_c = Resistência de condução interna do material (m²K/W)
Compreender esses coeficientes e suas respectivas equações permite aos engenheiros térmicos projetar sistemas eficientes e prever o comportamento térmico em várias aplicações práticas.
