Transmissão de CalorRadiação , Condução e Convecção

Radiação O termo radiação refere-se à emissão de energia da superfície de todos os corpos. É chamada de energia radiante e tem como o seu processo a emissão na forma de ondas eletromagnéticas propagando-se no vácuo com a velocidade da luz. Elas podem ser parcialmente absorvidas em meios que contêm matéria. Quando atingem um corpo elas também podem ser absorvidas ou refletidas ou parcialmente.

A energia radiante emitida por uma superfície, por unidade de tempo por unidade de área, depende da natureza do corpo. A baixas temperaturas a energia radiante é pequena e aumenta quando a temperatura aumenta.

Lei de Stephan-BolzmannA experiência mostra que a taxa de radiação da

energia por uma superfície é proporcional à sua área e a quarta potência da temperatura absoluta (K) da superfície. Depende também da natureza da superfície, descrita por número admensional e, que varia entre 0 e 1. Esta relação é dada por,

Onde , e caracteriza a emissividade. Em geral ele é maior para superfícies escuras e ásperas do que aquelas lisas e claras.

Tabela de emissividade de alguns materiais

Material Emissividadeespessura 1.0µm 5.0µm 7.9µm 8-14µmAsbestos 0.9 0.9 0.95 0.95Asfalto n.r. 0.9 0.95 0.95Basalto n.r. 0.7 0.7 0.7CarbonoNão oxidados 0.8-0.95 0.8-0.9 0.8-0.9 0.8-0.9Grafite 0.8-0.9 0.7-0.9 0.7-0.8 0.7-0.8Carborundum n.r. 0.9 0.9 0.9Cerâmica 0.4 0.85-0.95 0.95 0.95Carvão n.r. 0.85-0.95 0.95 0.95Concreto 0.65 0.9 0.95 0.95

Material EmissividadeTecido n.r. 0.95 0.95 0.95VidroPrata n.r. 0.98 0.85 0.85Ouro n.r. 0.9 n.r. n.r.Gravel n.r. 0.95 0.95 0.95Gypsum n.r. 0.4-0.97 0.8-0.95 0.8-0.95Gelo n.r. ?? 0.98 0.98Mármore n.r. 0.4-0.98 0.98 0.98Revestimento (non-Al.) ?? 0.9-0.95 0.9-0.95

Papel (qualquer cor) n.r. 0.95 0.95 0.95

Plásticoopaco n.r. 0.95 0.95 0.95acima de 20 mils n.r.Borracha n.r. 0.9 0.95 0.95Areia n.r. 0.9 0.9 0.9Neve n.r. ?? 0.9 0.9Solo (terra comum) n.r. 0.9-0.98 0.9-0.98  Água n.r. ?? 0.93 0.93Madeira, (natural) n.r. 0.9-0.95 0.9-0.95 0.9-0.95

Exemplo 1)Um placa fina e homogênea de aço, com 10 cm de lado, é aquecida até uma temperatura de 800˚C. Supondo que a sua emissividade seja igual a 1 , a sua taxa de energia radiante será?Solução:A área total da placa de aço será . Como a placa tem dois lados A temperatura expressa em Kelvins será . Portanto a emissividade será, aplicando .

Se a emisividade da placa for igual a 0,17 (aço polido) teremos então,

Exemplo 2)Supondo que a superfície do corpo de um adulto humano seja igual a e que a temperatura da sua superfície seja de 30˚C a taxa de radiação emitida pelo corpo humano será?Solução:Supondo que a emissividade seja igual a 1 , a sua taxa de energia radiante será, na temperatura expressa em Kelvins . Portanto a radiação emitida será, aplicando .

Cabe observar que em um ambiente há troca de calor entre o ambiente e o corpo. Portanto a taxa efetiva será dada por,

O último termo refere-se ao ambiente por exemplo as paredes de uma sala ou quarto.

ConduçãoO fenômeno de condução de calor ocorre quando, por exemplo num corpo, suas partes estiverem a temperaturas diferentes. O sentido do fluxo de calor é sempre da parte de maior temperatura para aquela de temperatura mais baixa.

Após um tempo suficientemente longo, durante o qual os corpos (A) e (B) são mantidos à temperatura T2 e T1 observa-se que os pontos da barra laranja permanecem à mesma temperatura, (fluxo em regime estacionário), variando a temperatura de um ponto para outro lineramente.

𝑇 2 𝑇 1

−−−−𝐿−−−−

N ã 𝑜𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟 (𝐵)(𝐴)

𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟

Desta forma,

𝑇 2

𝑇 1 𝐿

𝐿 /𝑘=𝑅

R =resistência térmica

𝑇Regime estacionário a um tempo longo t∞

Regime não estacionário a um tempo t* curto.

Exemplo (duas placas condutoras de calor)

Duas placas A e B de comprimentos iguais a L2 e L1 respectivamente são mantidas em seus extremos a temperaturas

R1 e R2 são as resistências térmicas de cada placa e A a área de contato entre elas.

𝑇 𝐻 𝑇 𝐶

𝐿2

(𝐵)(𝐴)𝐿1

𝑇 𝑋

ConvecçãoO fenômeno transferência de calor envolvendo o processo de convecção ocorre quando, partículas de um ambiente, por exemplo o ar, absorvem energia e estas partículas deslocam-se no meio de forma semelhante a um fluido. Assim o calor é tranferido de uma região para outra em um ambiente. Em algumas situações pode-se estabelecer um regime estacionário de transferência de calor descrito pela relação abaixo:

Onde h é o coeficiente de convecção A a área do material a temperatura Ts e T∞ a temperatura do fluido que circula pelo ambiente.

𝑄=h𝐴(𝑇 𝑆−𝑇 ∞)

𝑇 ∞

𝑇 𝑆

Exemplo

• Correntes de convecção

• A colocação de aberturas nas coberturas aumenta a ventilação natural e arrastam o calor, pela formação de uma camada de ar móvel entre o forro e o telhado. O calor de insolação no verão, incide sobre as telhas e aquece o forro