TRANSFERÊNCIA DE CALOR – ATPS: Engenharia de Manutenção

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Como a transmissão do calor ocorre, por condução, mediante a transferência de energia de partícula para partícula, podemos concluir que a condução de calor é um processo que necessita da presença do meio material, e, portanto, não ocorre no vácuo e que esse mecanismo de transferência visa o equilíbrio térmico do material.

Há materiais que conduzem o calor rapidamente, como por exemplo, os metais. Tais materiais são chamados de bons condutores. Um exemplo de condução é o da figura abaixo:

[pic 3]

Figura 1 - Condução

Fonte: OSVALDO, 2015

Nessa figura podemos observar que ao segurar uma barra de metal que tem uma extremidade sobre uma chama, rapidamente o calor é transmitido para a mão. Há outros materiais nos quais o calor se propaga muito lentamente. Tais materiais chamados isolantes. Como por exemplo, podemos citar a borracha, a lã, o isopor e o amianto.

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1.3 Lei da condução térmica ou Lei de Fourier

Para obter a taxa de transferência de calor por condução, utilizamos a Lei de Fourier. Para parede plana unidimensional, essa lei foi desenvolvida a partir da observação dos fenômenos da natureza em experimentos e é dada por:

= -k.A(eq.1.1)[pic 4][pic 5]

Onde:

:Fluxo de calor por condução (W/m²);[pic 6]

K:Condutividade Térmica do material (W/(m.K));

:Área da seção através da qual o calor flui por condução;[pic 7]

:Razão da variação de temperatura T com a distância.[pic 8]

A constante K, descrita na equação de Fourier, é chamada de coeficiente de condutibilidade térmica e caracteriza o material que constitui a placa ou o elemento por onde o calor é transmitido por condução térmica. Seu valor caracteriza o material como bom ou mau condutor de calor.

O sinal (-) é consequência da lei que exige que a direção do fluxo de calor seja do ponto de maior para menor temperatura.

1.4 Convecção

A convecção pode ser definida como o processo pelo qual a energia é transferida das porções quentes para as porções frias de um fluido através da ação combinada de : condução de calor, armazenamento de energia e movimento de mistura.

“Esse é um processo que consiste na movimentação de partes do fluido dentro do próprio fluido. Por exemplo, vamos considerar uma vasilha que contenha água à temperatura inicial de 4°C. Sabemos que a água acima de 4ºC se expande, então ao colocarmos essa vasilha sobre uma chama, a parte de baixo da água se expandirá, tendo sua densidade diminuída e, assim, de acordo com o Princípio de Arquimedes, subirá. A parte mais fria e mais densa descerá, formando-se, então, as correntes de convecção. Como exemplo de convecção temos a geladeira, que tem seu congelador na parte de cima. O ar frio fica mais denso e desce, o ar que está embaixo, mais quente, sobe”.

[pic 9]

Figura 2 - Convecção

Fonte: MARIANE, 2015

1.5 Lei do Resfriamento de Newton

A transferência de calor por convecção depende da viscosidade do fluido, bem como, das propriedades térmicas do fluido (condutividade térmica, calor especifico, densidade). Essa transferência pode ser representada pela Lei do resfriamento de Newton:

(eq.1.2)[pic 10]

Onde:

h: coeficiente de calor por convecção (W/m²K);

Ts: Temperatura da superfície;

: Temperatura na região de escoamento.[pic 11]

1.6 Radiação:

A radiação térmica, é a energia eletromagnética emitida por um corpo em qualquer temperatura que não esteja no zero absoluto, constituindo uma forma de transmissão de calor, ou seja, por meio deste tipo de radiação ocorre transferência de energia térmica na forma de ondas eletromagnéticas. O poder emissivo de um corpo depende da natureza e da temperatura em que se encontra. Para cada temperatura o maior poder emissivo é o do corpo negro (emissor ideal de radiação). Para calcular o calor emitido na radiação utilizamos a Lei de Stefan-Boltzmann:

En= σ AT4s(eq.1.3)

Onde:

O índice n se refere a um corpo negro;

σ é = 5,7 10-8W / (m²K4);

A é a área da superfície emissora;

T é a temperatura absoluta da superfície emissora.

[pic 12]

Figura 3 - Radiação

Fonte: MARQUES, 2015.

Tabela 1 –Quadro Resumo – Mecanismos de Transferência de Calor

Mecanismo de Transferência de Calor

Definição

Exemplos

Equação para Cálculo do Calor Transmitido

RADIAÇÃO

É a energia emitida pela matéria na forma de ondas eletromagnéticas como resultado das mudanças nas configurações eletrônicas dos átomos ou moléculas.

É um meio de transmissão pelo qual a energia não precisa de um meio para se propagar, ou seja, se propaga pelo vácuo.

Um dos exemplos é o que acontece com a Terra, que, mesmo sem estar em contato com o Sol, é aquecida por ele, através das ondas eletromagnéticas que viajam pelo espaço;

Lei de Stefan-Boltzmann

En= σ AT4s

Onde:

O índice n se refere a um corpo negro;

σ