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Transferência de Calor Prof. Marco A. Simões

Transferência de Calor - masimoes.pro.brmasimoes.pro.br/fisica_aplic/09_transf/Transferência de calor... · Por isso o uso de aletas nos radiadores – Quanto mais viscoso o líquido,

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  • TransfernciadeCalor

    Prof.MarcoA.Simes

  • Mecanismosdetransferncia

  • Conduodecalor Nohtransportedemassa Ostomostransmitemsua

    energiacin=caporcolisoaosseusvizinhos

    Osen=dosempredatemperaturamaiorparaamenor

    Ocorreprincipalmentecommateriaisslidos

    Algunsmateriaissobonscondutores,outrosno

    Ondicequemedeessacaracters=caacondu=vidadetrmica

  • ClculoLeideFourier

    OndeH taxadetransferncia,J/souW

    k coeficientedecondutividadetrmica, Js mK

    ou WmK

    T diferenadetemperatura,CouKL comprimento,m

    H = k A

    TH TCL

    Gradientedetemperatura=T

    L

  • Coeficientesdecondu;vidadetrmica

  • Condu;vidadetrmicak(W/(mK))

  • ExemploUmacaixadeisoporusadaparamanterasbebidasfriaspossuireatotal(incluindoatampa)iguala0,80m2,eaespessuradesuaparedemede2,0cm.Acaixaestcheiadegua,geloelatasdeCoca-Colaa0C.Qualataxadefluxodecalorparaointeriordacaixa,seatemperaturadaparedeexternafor30C?Qualaquan=dadedegeloqueseliquefazduranteumdia?

  • Resoluo

  • ExemploUmabarradeaode10,0cmdecomprimentosoldadapelaextremidadeaumabarradecobrede20,0cmdecomprimento.Asduasbarrassoperfeitamenteisoladasemsuasparteslaterais.Aseotransversaldasduasbarrasumquadradodeladoiguala2,0cm.Aextremidadelivredabarradeaoman=daa100Cpelocontatocomvapord'guaob=doporebulio,eaextremidadelivredabarradecobreman=daaOCporestaremcontatocomgelo.Calculeatemperaturanajunoentreasduasbarraseataxatotaldatransfernciadecalor.

  • Resoluo

  • ExemploNoexemploanterior,suponhaqueasduasbarrasestejamseparadas.Umaextremidadedecadabarraman=daa100Ceaoutraextremidademan=daaOC.Qualataxatotaldetransfernciadecalornasduasbarras?

  • Resoluo

  • Resistnciatrmica Umvalortambmusadonaconstruocivilovalorda

    resistnciatrmicaR.

    QuandousamosaresistnciaRafrmuladocalortransmi=dofica:

    R = L

    k

    Onde:

    R resistnciatrmica,m2 KW

    L espessuradomaterial,m

    k coeficientedecondutividadetrmica, WmK

    H = A

    TH TCR

    Podemostambmnosreferiraofluxosuperficialdecalor:

    q

    = HAq

    =TH TCR

    Wm2

  • Resistnciatrmica

  • ExemploUmaparedede5metrosdelargurapor2,8metrosdealturafeitaapenasde=jolobaianode14cm.Atemperaturaexternade30Ceainternade22C.Calculeataxadetransmissodecaloreocustopordiaparaatenderessadiferena,supondoumatarifadeR$120,00/kWh.

    H = ATH TCR

    H =5,02,830220,30 H =373W

    Consumo C =37324C =8,95103WkC =8,95 kWh

    Custo Custo=8,95120Custo= R$1074,00

  • Resistnciatrmica(srie) Umaspectopr=codaresistncia

    trmica,que,quandoosmateriaisisolantesestojustapostos,elapodesersomada,quandovriosmateriaisdecoeficientedecondu=vidadediferenteestojustapostos.

    RTotal =2RTijolo +RIsopor +RReboco

  • Resistnciatrmica(paralelo) Casoosmateriaises=veremmontadosemsrieeemparalelo,aresistnciatrmicaserdadapor:

    Req = R1 +R2,3,4 +R5Com1R2,3,4

    = 1R2

    + 1R3

    + 1R4

  • ExemploUmasalade3metrosdecomprimentopor4delargurae2,5dealturafeitade=jolobaianode9x12cm,reves=doexternamenteporumacamadadelderochade5cm,einternamenteporargamassaIsodurde3cm,com30%deumidade.Qualofluxodecalorqueocorreapenaspelasparedes,considerandoumatemperaturaexternade35Ceumainternade22C?

  • Resoluo

  • Exemplo Calcularofluxodecalorporm2deumconjuntocompostopor

    duascamadasexternasderebocoisolantesecode3cmdeespessura,internamentepor=jolobaianode14cmelderochade14cm.Suponhaumatemperaturaexternade30Ceinternade22C.

    Req = R1 +R2,3 +R4

    1R2,3

    = 1R2

    + 1R3

    1R2,3

    = 10,16 +13,68R2,3 =5,83

    Req =0,38+5,83+0,38Req =6,59

    q

    =TH TCReq

    q

    = 30226,59 q

    =1,21Wm2

    1

    2

    3

    4

  • Conveco Aconvecoocorrenosfluidos(estadolquidoougasoso)

    Aregioaquecidaficamenosdensaquearegioaoredor,eimpulsionadaparacima.

    Asregiesmaisfriasdescem,mantendoociclo.

    Comesseciclo,ocalortransportado

  • Conveco Aanlisematem=cacomplexa,maspossvelverificarque: Quantomaiorarea,maioratrocadecalorporconveco.Porissoousodealetasnosradiadores

    Quantomaisviscosoolquido,menoratransmissoporconveco

    Aconvecopodesernaturalouforada

  • Conveco-Aplicaes

  • Radiao Em1800,William

    Herschelldemonstrouqueastemperaturasnascoreslaranjaevermelhaerammaioresquenaazulevioleta.

    Eraaindamaiornareaescuraantesdovermelho.

    Chamamosessaregiodeinfra-vermelho.

  • Espectroeletromagn;co

  • Aplicaes Oscorposemitemcalornaformaderadiaoinfra-vermelha

    Issopermitevriasaplicaesmdiaseindustriais

  • Aplicaes

  • Aplicaes

  • Aplicaes

  • Coeficientedeemissividade Corponegro:idealmente,podeabsorver100%da

    energiaqueincidesobreele,ouemi=r100%daenergiaqueelecon=ver

    Exemplo:umasuperhciefoscadecorpreta Comparamosataxadeemissodassuperhciescoma

    taxadeemissodeumcorponegro Essarelaochamadadecoeficientedeemissividade,e

    variade0a1 Quantomaisprximode1,maisprximoeleestdeum

    corponegro(absorsor/emissor) Quantomaisprximode0,maisrefletordecaloro

    corpo

  • Coeficientesdeemissividade

  • Clculodocalortransmi;doporradiao

    H = Ae T 4

    OndeH taxadetrasmissodecalor,J/souWA reaqueesttransmitindoocalor,m2

    e coeficientedeemissividadedasuperfcie(de0,0a1,0)

    constantedeproporcionalidadedeStefan-Boltzmann=5,67108 Wm2 K 4

    T temperatura,Kelvin

  • ExemploUmaplacaquadradadeao,comladoiguala10cmeespessura1cmaquecidaemumaforjaatumatemperaturade800C.Sabendoqueaemissividadeiguala0,60,qualataxatotaldeenergiatransmi=daporradiao?

  • Resoluo

  • Radiaoeabsoro Oscorposemitemeaborvemenergiatrmicaaomesmotempo.

    Seastemperaturaforemiguais,calorrecebidoigualaocalorirradiado.

    Seatemperaturadoambiente,Tsfordiferentedadocorpo,ataxaderadiaoresultanteser:

    HTotal = Ae T4 Ts

    4( )

  • ExemploSabendoqueareatotaldocorpohumanoaproximadamente1,20m2,equeatemperaturadasuperhciede30C,calcule(a)ataxatotaldetransfernciadocorpoporradiaoe(b)ataxaresultantedocalorperdidopelocorpoporradiao,supondoumatemperaturaambientalde20C.Aemissividadedocorpohumanodecercade0,98,independentedapigmentaodapele.

  • Resoluo