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Mecanismos de Transferência de Calor BC0205 Roosevelt Droppa Jr. [email protected]

Mecanismos de Transferência de Calor - Portal Saber … de Transferência de Calor • Condução, convecção e radiação • Transferência de calor ≡ transferência de energia

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    vodan

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  • Mecanismos de Transferncia de Calor

    BC0205 Roosevelt Droppa Jr. [email protected]

    mailto:[email protected]:[email protected]

  • Mecanismos de Transferncia de Calor Conduo, conveco e radiao Transferncia de calor transferncia de energia. Que

    unidades ? J/s - Unidade de energia por unidade de tempo

    Como voc acha que o calor transferido de uma lata de cerveja em um freezer ? Quais mecanismos ?

    E quanto ao calor transferido a voc em um dia quente de vero ?

    Em geral os mecanismos de transferncia de calor esto em ao simultaneamente!!

    Os mecanismos so fisicamente muito diferentes e portanto tem formulao matemtica distinta

  • Conduo Quais as caractersticas principais do fenmeno de

    conduo de calor ?

  • Quais as caractersticas principais do fenmeno de conduo de calor ?

    Ocorre entre dois corpos que estejam em contato Deve existir uma diferena de temperatura entre estes dois

    corpos

    Tem origem no comportamento da estrutura microscpica do material (assim como a expanso trmica)

    Conduo

  • Conduo A energia transferida ao

    longo do material pela coliso entre tomos adjacentes

    O processo estacionrio (TH e Tc no mudam)

    Bom condutor k elevado; bom isolante k baixo

    k a condutividade trmica do material

  • ConduoLei de Fourier

    Integrando dos dois lados:

    Q o calor transferido em L de material

    Obtm-se

    1A

    Q

    t= kT

    L

    1A

    Lf

    Li

    Q

    tdL = k

    Tf

    Ti

    dT

  • Resistncia Trmica

    Quando queremos isolar um ambiente (minimizar as perdas por conduo de calor) faz mais sentido falarmos de resistncia trmica.

    Quais so as unidades ?

    k =Q/tA x L/T

    k tem unidades de fluxo de calor (Q/A) por distncia/(diferena de temperatura)

    Tipicamente a condutividade dada em [k] = W/mK

  • Resistncia TrmicaQuais so as unidades ?

    Tipicamente a resistncia trmica dada por L/k = m2K/W

    Note o paralelo entre as definies de condutividade e resistividade eltrica

    Um valor elevado de R caracteriza um bom isolante trmico; um valor baixo de R, um bom condutor trmico

  • Generalizao para Vrias Camadas

    Qual a restrio natural do problema ? Q1=Q2 ou P1=P2

    Resolvendo para TX encontramos

    Substituindo acima:

    P =k2A(TH TX)

    L2=

    k1A(TX TC)L1

  • Resistncia TrmicaEm funo da resistividade trmica temos

    P = A(TH TC)R2 + R1

    Dessa forma, o comportamento da resistividade anlogo ao da resistividade eltrica para um sistema em srie! A resistncia total a soma das resistncias colocadas em srie.

  • Generalizao para Vrias Camadas

    Para n camadas encontramos:

    Rtotal =

    n

    Lnkn

    =

    n

    Rncom

    A resistncia total a soma das resistncias individuais.

  • Alguns Valores da Condutividade Trmica

  • Exerccio

    Uma caixa de isopor usada para manter as bebidas frias possui rea total de 0,8m e a espessura da parede mede 2cm. A caixa est cheia de

    gua e gelo e latas de cerveja a 0C. Qual a taxa de fluxo de calor para o interior da caixa se a temperatura da parede externa for de 30C? Qual a quantidade de gelo

    que se liquefaz durante o dia?

  • Resoluo

  • Radiao Quais as caractersticas principais do fenmeno de

    transferncia de calor por radiao? (ex. fogueira, ferro incandescente, o sol)

  • Radiao Quais as caractersticas principais do fenmeno de

    transferncia de calor por radiao?

    No precisa de contato (meio) entre os corpos A troca de energia feita por meio de ondas

    eletromagnticas

    Este tipo de onda eletromagntica chamada de radiao trmica

    Todo corpo acima do zero absoluto emite radiao trmica Todo corpo em um ambiente a temperatura acima do zero

    absoluto absorve radiao trmica

    No est relacionado - absolutamente - com a radiao nuclear

  • RadiaoTaxa de emisso dada por: a constante de Stefan-Boltzmann dada em W/m2K4

    a emissividade da superfcie, que varia de 0 a 1 (corpo negro)

    T a temperatura do corpo

    A taxa de absoro de radiao trmica dada por

    A taxa lquida de absoro de radiao trmica , portanto, dada por

    Prad = "AT 4

    Prad = "A(T 4amb T 4)

    Prad = "AT 4amb

  • Radiao Ao lado temos um

    termograma (colorao artificial) de duas casas - uma com bom isolamento trmico (R alto) outra com um mal isolamento trmico.

    Quais os principais processos de transferncia de calor voc pode identificar nesta figura ?

  • Conveco Quais as caractersticas principais do fenmeno de

    conveco? (aquecimento de gua, fenmenos meteorolgicos, flambar da chama)

  • Conveco Quais as caractersticas principais do

    fenmeno de conveco? (aquecimento de gua, fenmenos meteorolgicos, flambar da chama)

    Ocorre em um meio fluido Provocado por variaes locais na

    densidade do fluido

    Necessita de uma diferena de temperatura entre o fluido e uma superfcie slida

    Fundamental para a descrio de fenmenos meteorolgicos

    Modelagem matemtica complexa

  • Exerccio A temperatura do ar cai para 6C toda a noite, muito alta para congelar a gua. Porm o cu de uma noite escura atua como um radiador de

    corpo negro a uma temperatura de -23C.

    Isolando termicamente do cho, colocada em um

    recipiente a quantidade de 4,5g de gua em uma camada

    fina de 5mm de profundidade, 9cm de rea

    e emissividade de 0,9. Determine o tempo

    necessrio para a gua congelar por meio de

    radiao.

  • Resoluo do exerccio