ATPS A Transferência de Calor

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Como poderemos observar na figura abaixo, ao segurarmos uma barra em uma das extremidades e aquecermos a outra com uma fonte de calor, logo se perceberia que a temperatura da fonte de calor, no caso a chama se propaga através da barra, até chegar a outra extremidade.

[pic 2]Imagem1 - Retirada de Infoescola, acessado em 2015.

Em resumo esse fenômeno ocorre, pois, a extremidade aquecida ganha energia e faz com que suas moléculas se agitem e vibrem, de modo que essa molécula colida com a molécula seguinte. Essa próxima molécula recebe energia térmica colide com uma próxima molécula e assim sucessivamente. Lembrando que para a existência da condução térmica, este depende de um meio material, não ocorrendo no vácuo.

A transmissão de calor por condução entre dois pontos é definida pela Lei de Fourier (estando as temperaturas em regime permanente). Algebricamente temos:

[pic 3]

Onde:

= É o fluxo de calor.

K = condutividade térmica do material.

A = Área da secção transversal. = São as temperaturas do ponto 1 e do ponto 2. = É o cumprimento entre os dois pontos.[pic 4][pic 5][pic 6]

Convecção Térmica

Este fenômeno ocorre exclusivamente em fluídos líquidos e gasosos. Que consiste na propagação de calor em razão de uma diferença de densidade entre as partes que fazem parte do sistema.

Um exemplo citado em artigo publicado no site de pesquisa Infoescola, exemplifica este fenômeno da seguinte maneira:

“O exemplo clássico é o que ocorre na geladeira, o congelador é colocado na parte superior uma vez que o ar quente sendo menos denso sobe e é resfriado pelo congelador, saí então o ar frio que sendo mais denso desce (como se o ar frio empurrasse o ar quente para o congelador) formando assim as correntes de convecção.” (Infoescola; Thiago Silva, acessado em 2015).

Como podemos, visualizar no exemplo abaixo o ar quente representado em vermelho, é menos denso e sobe para o congelador. No congelador este ar aquecido perde calor e fica menos denso. O ar frio ou menos denso, representado em azul desce para a parte inferior e distribuiu este calor. Isto cria um ciclo de transferência de calor.

[pic 7] Imagem 2 - Retirada de Alunos Online, acessado em 2015.

A convecção pode ser calculada pela lei de resfriamento de Newton que é a seguinte:

[pic 8]

Onde:

h = Coeficiente de transferência térmica.

ΔQ = Entrada de calor ou perda de calor.

A = Área de superfície de transferência térmica.

ΔT = Diferença na temperatura entre a área da superfície do sólido e a do fluido circundante.

Δt = Período de tempo.

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Irradiação Térmica

Este fenômeno ocorre quando a transmissão de calor ocorre através de ondas eletromagnéticas é o único processo de propagação de calor que pode ocorrer no vácuo.

Um exemplo prático são os raios solares que emitem calor em forma de onda e viajam através do vácuo do espaço, até chegar a atmosfera terrestre.

[pic 9]

Imagem 3 - Retirada de Infoescola, acessado em 2015.

A irradiação térmica pode ser calculada pela lei de Stefan-Boltzmann que diz o seguinte:

Ecn= σ .T4

Onde:

Ecn = Poder emissivo do corpo negro.

T = Temperatura absoluta.

σ = é a constante de proporcionalidade, cujo valor, no SI, é: σ ≅ 5,7 .10-8 W/m2.K4

Etapa 2

Isolantes termicos

Chama-se isolante térmico um material ou estrutura que dificulta a dissipação de calor, usado na construção e caracterizado por sua alta resistência térmica. Estabelece uma barreira à passagem do calor entre dois meios que naturalmente tenderiam rapidamente a igualarem suas temperaturas.

Calculo para isolamento térmico:

[pic 10]

Onde:

q = Valor de temperatura desejado.= Temperatura de entrada = Temperatura de saída = coeficiente de película interna = coeficiente de película externa = Espessura da parede a ser isolada = condutividade térmica do material a ser isolado = Área = Espessura do isolante térmico. = condutividade térmica do isolante[pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]

A seguir os dados técnicos de isolantes térmicos pesquisados

Grupo

Material

Massa específica (kg/m3)

Condutividade térmica (W/mK)

Seco

Molhado

Metal

Alumínio

2800

204

204

Cobre

9000

372

372

Ligas

12250

35

35

Aço, ferro

7800

52

52

Zinco

7200