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Transferência de Calor e Massa

Código: EA21115    Sigla: TCM
Áreas Científicas: Termodinâmica Aplicada

Ocorrência: 2012/2013 - 1S

Secção: Termodinâmica Aplicada

Cursos

Sigla Nº de Alunos Plano de Estudos Anos Curriculares Créditos Horas Contacto Horas Totais
EA 38 Plano de Estudos _ Bolonha 2006 6 ECTS 75 162

Docência - Horas

Teórico-Práticas: 3
Laboratórios: 2

Tipo Docente Turmas Horas
Teórico-Práticas Totais 1 3,00
Luís Coelho   3,00
Laboratórios Totais 2 4,00
João Francisco   2,00
Luís Coelho   2,00

Docência - Responsabilidades

DocenteResponsabilidade
João Francisco dos Santos FernandesResponsável

Língua de Ensino

Português

Objectivos

Fornecer os conhecimentos básicos e os processos de cálculo dos métodos de Transferência de Calor: Condução, Convecção e Radiação. O aluno no final da disciplina deverá ser capaz de:
 Explicar as bases da transferência de calor e massa
 Calcular o fluxo de calor por condução em regime estacionário e a distribuição de temperatura em geometrias unidimensionais planas e cilíndricas com ou sem fontes, bem como em superfícies alhetadas.
 Calcular a evolução de temperatura, ao longo do tempo e do espaço, em geometrias simples com e sem gradientes internos de temperatura.
 Determinar o fluxo de calor por convecção natural e forçada em geometrias simples.
 Classificar os permutadores, efectuar o cálculo de parâmetros de funcionamento e balanços de energia.
 Calcular a energia trocada entre superfícies negras e entre superfícies cinzentas em geometrias simples.
 Calcular o caudal mássico para condições básicas transferência de massa e difusão.

Programa

1.Introdução (3 horas): Transferência de calor por condução; condutividade térmica; transferência de calor por convecção; transferência de calor por radiação; dimensões e unidades. Sistema internacional de unidades.

2. Condução de Calor unidimensional (13,5 horas): Introdução; placa plana – analogia eléctrica; isolamentos e resistividade térmica; superfícies de revolução: - cilindros simples e múltiplos; esferas. Condições fronteira do tipo convecção; coeficiente global de transferência de calor; espessura crítica do isolamento; geometrias com fonte de calor: placa plana e cilindro; sistemas com convecção e condução: alhetas rectangulares; eficiência das alhetas; generalização a alhetas circulares e triangulares; resistência térmica de contacto. Condução em regime transiente: geometrias com gradientes internos de temperatura desprezáveis; corpos semi-infinitos; diagramas de Heisler.

3. Convecção
3.1.Princípios de convecção (3 horas) : escoamento viscoso, escoamento laminar e turbulento – número de Reynolds; camada limite viscosa e térmica; Número de Prandtl; Número de Nusselt.
3.2. Relações empíricas e práticas para o coeficiente de transferência de calor em convecção forçada (6 horas) : escoamento no interior de tubos – escoamento laminar e escoamento turbulento; escoamento em torno de cilindros e esferas; escoamento em torno de feixes tubulares.
3.3. Convecção natural (3 horas): introdução – descrição dos fenómenos físicos; transferência de calor por convecção natural numa placa plana vertical – número de Grashof; relações empíricas para a convecção natural. Número de Raylegh; convecção natural em cilindros horizontais; convecção natural em superfícies inclinadas; convecção natural e forçadas combinadas.

4. Permutadores de calor (3 horas): coeficiente global de transmissão de calor; factor de sujidade; tipos de permutadores: paralelo, contracorrente e cruzado; diferença de temperatura média logarítmica. Eficiência de um permutador. Método -NTU.

5. Transferência de Calor por radiação (10.5 horas): Introdução. Mecanismo físico e equações fundamentais; equação de Prandtl, energia de radiação: lei de Stefan-Boltzamn; noção de corpo negro/superfície negra; propriedades da radiação; radiação incidente, poder emissivo, identidade de Kirchoff; corpo cinzento – emissividade monocromática; definição de factor de forma; trocas de calor entre corpos (superfícies) não-negras - superfícies cinzentas. Noção de Irradiação e Radiosidade; equação da Radiosidade; analogia eléctrica.

6. Transferência de Massa (3 horas): Lei de difusão de Fick; difusão em gases; difusão em líquidos e sólidos; coeficiente de transferência de massa

Bibliografia Principal

Yunus A. Çengel;Transferência de Calor e Massa - Uma abordagem pratica, 3ª edição, McGrawHill, 2009. ISBN: 978-85-7726-075-1

Bibliografia Complementar

Holman, J.P.;Heat Transfer, Ninth Edition, International Edition, McGrawHill, 2002. ISBN: 0-07-240655-0

Métodos de Ensino

As aulas teórico-práticas serão divididas num período de exposição com recurso a meios audiovisuais e num período prático com resolução de problemas tipo de aplicação directa e de problemas práticos. Nas aulas de laboratório serão realizados ensaios de aplicação da matéria leccionada nas aulas teórico-práticas, bem como resolução de problemas.


Modo de Avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Cálculo da Classificação Final

AVALIAÇÃO

Contínua: módulos: 4Módulos*70% + Exame facultativo*30% + Lab(bónus).
ou
Exame Final (Ép Normal, Ép Recurso e Ép Especial) + Lab (bónus)
4 módulos a realizar presencialmente na plataforma moodle nos horários das aulas de laboratório ou a combinar com os respectivos docentes. Estudantes sem turmas de laboratório farão os módulos com o RUC.
Módulo 1 (pond 14%): Introdução a TCM e Revisões Termodinamica
Módulo 2 (pond 36%): Condução Unidimensional
Módulo 3 (pond 25%): Condução em regime transiente+ Convecção
Módulo 4 (pond 25%): Radiação + Permutadores de calor + Transferencia de Massa)
A execução dos testes de avaliação dos módulos é sequencial e deve ocorrer nas duas semanas a seguir à conclusão da leccionação do respetivo módulo.
O teste de cada módulo só se realiza após obtenção de nota mínima de 12 valores nos testes de preparação no moodle realizados autonomamente pelos alunos.
Para efeito dos cálculos na realização dos testes presenciais no Moodle apenas se poderá utilizar a máquina de cálculo virtual do windows.
Os formulários e tabelas são disponibilizados pelo docente, bem como as folhas de rascunho. Todos os materiais terão de ser devolvidos com a entrega da prova.
A nota mínima de cada módulo é de 8. O aluno terá de repetir o módulo se tiver menos de 8 valores. Pode repetir apenas 1 vez em cada módulo e no máximo de dois módulos.
A nota final média mínima dos módulos é de 10. Alunos reprovados nos módulos podem submeter-se a exame.
A nota final da UC é de 70% da nota dos Módulos e 30% da nota do exame final (facultativo), se maior ou igual a 10 + bónus do laboratório.
O exame de Ép Normal pode substituir a nota dos módulos se for superior.
A nota mínima nos exames é de 10.
Os estudantes que optarem por realizar a UC exclusivamente por módulos poderão realizar/recuperar dois módulos ao longo das época de exames (Normal e Recurso).
Os alunos que obtenham nota final superior a 16 valores terão que submeter-se a exame oral obrigatório.

Provas e Trabalhos Especiais

Ensaios de laboratório decorrerão nas aulas de laboratório.
Os laboratórios são Obrigatórios.
A aprovação no laboratório só transita para o ano seguinte se a nota final de testes/exame/módulos for de pelo menos 6 valores.
A regra anterior já se aplicou no ano letivo anterior, pelo que os alunos que não obtiveram pelo menos 6 valores na nota final terão de repetir os laboratórios.
Os relatórios terão 4 classificações: Insuficiente, suficiente, bom e muito bom.
Para aprovação no laboratório só pode existir um insuficiente.
A maioria de bons ou muito bons, sem insuficiente, concede 0,5 valores de bónus.
A maioria de muito bons, sem insuficiente, concede 1 valor de bónus.
A presença nas aulas de laboratório é obrigatória para os alunos sem laboratório aprovado.
Ensaios a realizar
1. condutividade térmica
2. auditoria habitação
3. alheta
4. convecção forçada
5. permutador anelar – método E-NTU
6. permutador anelar - funcionamento
7. termografia

Avaliação Especial (TE, DA, ...)

Os estudantes com estatutos especiais (em particular os estudantes-trabalhadores) que em função de impedimento derivado ao seu estatuto tenham algum impedimento na concretização da avaliação prevista, deverão contactar o responsável até ao dia 12 de Outubro de 2012.

Melhoria de Classificação Final/Distribuída

De acordo com as regras da Escola, ou seja, no mesmo ano lectivo poderão realizar melhoria na Época de Recurso, mediante inscrição prévia na Secretaria.

Observações

INFORMAÇÃO sobre TCM
Moodle2: apresentações, tabelas, formulários, guias, exercícios, submissão relatórios, resultados, testes de preparação e de avaliação dos módulos.
SI: Ficha Disciplina, email dinâmico, resultados finais e pautas.

JUSTIFICAÇÃO ECTS
2 aulas TP de 1.5 hr + 1 aula Laboratório 2 hr.
TP: apresentação matéria, resolução de problemas práticos, avaliação contínua.
Lab: ensaios, exercícios, capítulo transferência de massa.
Justificação ECTS
Aulas teórico-práticas: 45 horas presenciais Aulas de laboratório: 30 horas presenciais Horas de estudo e acompanhamento das aulas TP: 1 x 45 h = 45 horas Horas de preparação dos laboratórios: 0,5 x 30 h = 15 horas Horas de preparação para avaliação: 25 horas Valor médio = 160 horas / 27 (horas/ECTS) ~ 6 ECTS

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