Transferência de Calor Aula 04

Transferência de Calor

Aula 04

Trilha

Condução

Conceito

Condução é a transferência de energia das partículas

mais energéticas de uma substância para partículas vizinhas adjacentes menos energéticas, como resultado da interação entre elas.

Sólidos

Líquidos

Líquidos e Gases

06

Condução deve-se às colisões e difusões das moléculas em seus movimentos aleatórios

Sólidos

Acontece por causa da combinação das vibrações das moléculas em rede, e a energia é transportada por

Condução de Calor em uma

parede

Lei de Fourier

Condutividade Térmica do

material (k)

Medida da capacidade do material de conduzir calor

Importante

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A área de transferência de calor A é sempre normal à direção da transferência de calor.

Para a perda de calor em uma parede de 5 m de comprimento, 3 m de altura e 25 cm de espessura, por exemplo, a área de transferência de calor é A 15 m2.

Observe que a espessura da parede não tem efeito sobre A.

Custo da perda de calor através

de um telhado

O telhado de uma casa com aquecimento elétrico tem 6 m de comprimento, 8 m de largura e 0,25 m de espessura e é feito de uma camada plana de concreto cuja condutividade térmica é k = 0,8 W/m.K (Fig. 1–27). As temperaturas das faces interna e externa do telhado, medidas em uma noite, são 15 °C e 4 °C, respectivamente, durante um período de 10 horas. Determine (a) a taxa de perda de calor através do telhado naquela noite e (b) o custo dessa perda de calor para o proprietário, considerando que o custo da eletricidade é de US$ 0,08/kWh.

Solução

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As superfícies interna e externa do telhado plano de concreto de uma casa aquecida por sistema elétrico são mantidas em dadas temperaturas durante a noite.

Determinar o calor perdido através do telhado, bem como o custo correspondente.

Suposições

1 Sistema em regime permanente durante toda a noite,

uma vez que as temperaturas das superfícies do telhado permanecem constantes nos valores determinados.

2 As propriedades do telhado são admitidas como

Análise

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(a) Considerando que a transferência de calor pelo telhado ocorre por condução e sua área é A = 6 m x 8 m = 48 m2, a taxa de transferência de calor permanente por meio do telhado é:

Análise

(b) A quantidade de calor perdido através do telhado durante o período de 10 horas e seu correspondente custo são:

Ilustrando

k = 0,607 W/mK

Conclusão

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O ferro conduz calor 100 vezes mais rápido do que a água. Logo, dizemos que a água é um pobre condutor de calor em relação ao ferro.

Definição

Taxa de transferência de calor por meio de uma unidade de comprimento de um material por unidade de área por unidade de diferença de temperatura.

Alto valor de conditividade térmica (Bom condutor de Calor) Baixo valor de conditividade térmica (Mau condutor de Calor ou isolante)

Alguns Valores

Mecanismos de Condução

Condutividade térmica em Ligas

Metálicas

A condutividade térmica de uma liga de dois metais é normalmente muito menor

Conceito

Representa a velocidade com que o calor se difunde por meio de um material.

Capacidade Térmica: Quanta energia um material pode armazenar por unidade de volume (J/m3_K)

Interpretações

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Um material com alta condutividade térmica ou baixa capacidade térmica terá obviamente grande difusividade térmica.

Quanto maior for a difusividade térmica, mais rapidamente será a propagação de calor no meio.

Um pequeno valor de difusividade térmica indica que a maior parte do calor é absorvida pelo material e uma pequena quantidade de calor é conduzida adiante.

Conceito

Modo de transferência de energia entre a superfície sólida e a líquida ou gás adjacente, que está em movimento e que envolve os efeitos combinados de condução e de

movimento de um fluido.

Quanto mais rápido for o movimento do fluido, maior será a transferência de calor por convecção.

Para conhecimento

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O calor é primeiro transferido para a camada de ar adjacente ao bloco por condução.

Esse calor é, então, transportado para longe da superfície por convecção.

Tipos de Convecção

Tipos

Natural

Definições

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Forçada: fluido é forçado a fluir sobre a superfície por meios externos, como ventilador, bomba ou vento.

Natural ou livre: fluido é forçado a fluir sobre a superfície por meios externos, como ventilador, bomba ou vento.

Lei de Newton do Resfriamento

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h é o coeficiente de transferência de

calor por convecção em W/m2_K

A_s área da superfície por meio da qual a transferência de calor por convecção ocorre

Lei de Newton do Resfriamento

T_s é a temperatura da superfície

T_inf é a temperatura do fluido suficientemente longe da superfície.

transferência por convecção

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O coeficiente de transferência de calor por convecção h não é uma propriedade do fluido.

Trata-se de um parâmetro determinado de forma experimental, cujo valor depende de todas as variáveis que influenciam a convecção.

Conceito

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É a energia emitida pela matéria sob a forma de ondas eletromagnéticas (ou fótons) como resultado das mudanças nas configurações eletrônicas de átomos ou moléculas.

De fato, a transferência de calor por radiação é mais rápida (na velocidade da luz) e não sofre atenuação no vácuo. Essa é a forma como a energia do Sol atinge a Terra.

Conceito

Em estudos de transferência de calor, estamos interessados em radiação térmica, que é a forma de radiação emitida pelos corpos por causa de sua temperatura.

Todos os corpos a uma temperatura superior ao zero absoluto emitem radiação térmica.

(lei de Stefan-Boltzmann)

Importante

A superfície idealizada que emite radiação a essa taxa máxima é chamada de corpo negro.

A radiação emitida por um corpo negro é denominada radiação de corpo negro.

Representatividade

Importante

A radiação emitida por superfícies reais é menor do que a emitida por um corpo negro com mesma temperatura, expressa como:

onde e é a emissividade da superfície. A propriedade emissividade, cujo valor está na faixa de 0 e 1, é a medida de quanto uma superfície aproxima-se do comportamento

Valores

Informações – Professor – Everton

Santos

[email protected]

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