Mecanismos de Transferência de Calor - Aula 4

Mecanismos de Transferência de Calor BC0303 Aula 4 2N1 Maurício D Coutinho Neto mauricionetoufabcedubr Mecanismos de Transferência de Calor Condução convecção e radiação Transferência de calor transferência de energia Que unidades Js Unidade de energia por unidade de tempo Como você acha que o calor é transferido de uma lata de cerveja em um freezer Quais mecanismos E quanto ao calor transferido à você em um dia quente de verão Em geral os mecanismos de transferência de calor estão em ação simultaneamente Os mecanismos são fisicamente muito diferentes e portanto tem formulação matemática distinta Condução Quais as características principais do fenômeno de condução de calor Quais as características principais do fenômeno de condução de calor Ocorre entre dois corpos que estejam em contato Deve existir uma diferença de temperatura entre estes dois corpos Tem origem no comportamento da estrutura microscópica do material assim como a expansão térmica Condução Condução A energia é transferida alo longo do material pela colisão entre átomos adjacentes O processo é estacionário TH e Tc não mudam Bom condutor k elevado bom isolante k baixo k é a condutividade térmica do material Conducao Lei de Fourier I Ot At OL OQ é o calor transferido em OL de material Integrando dos dois lados 1 ser Ly aL k aT A Jr t T Obtendo Q T Ty lifer kA ot L JEABC Resistência Térmica Quando queremos isolar um ambiente minimizar as perdas por condução de calor faz mais sentido falarmos de resistência térmica Quais são as unidades k QtA x LΔT k tem unidades de fluxo de calor QA por distanciadiferença de temperatura Tipicamente a condutividade é dada por unidade de comprimento kL Wm2K Resistência Térmica Quais são as unidades Tipicamente a resistividade térmica é dada por Lk m2KW Note o paralelo entre as definições de condutividade e resistividade elétrica Um valor elevado de R caracteriza um bom isolante térmico um valor baixo de R um bom condutor térmico Generalização para Várias Camadas Qual a restrição natural do problema Q1Q2 ou P1P2 Resolvendo para TX encontramos Substituindo acima P k2ATH TX L2 k1ATX TC L1 Resistência Térmica Em função da resistividade térmica temos P ATH TC R2 R1 Desta forma o comportamento da resistividade é análogo ao da resistividade elétrica para um sistema em série A resistência total é a soma das resistências colocadas em série Generalizacao para Varias Camadas Para n camadas encontramos ATy Tc L P SN En com Reotal S kp S Rn nr ky n n a i ky hs Z ky 7 30C ae a Seeseeees 10C A resisténcia total a soma das resisténcias individuals JEABC Alguns Valores da Condutividade Térmica Radiação Quais as características principais do fenômeno de transferência de calor por radiação ex fogueira ferro incandescente o sol Radiação Quais as características principais do fenômeno de transferência de calor por radiação Não precisa de contato meio entre os corpos A troca de energia e feita por meio de ondas eletromagnéticas Este tipo de onda eletromagnética é chamada de radiação térmica Todo corpo acima do zero absoluto emite radiação térmica Todo corpo em um ambiente a temperatura acima do zero absoluto absorve radiação térmica Não esta relacionado absolutamente com a radiação nuclear Radiação Taxa de emissão é dada por σ é a constante de StefanBoltzmann dada em Wm2K4 ε é a emissividade da superfície variando de 0 a 1 corpo negro T é a temperatura do corpo A taxa de absorção de radiação térmica é dada por A taxa líquida de absorção de radiação térmica é portando dada por Prad σϵAT 4 Prad σϵAT 4 amb Prad σϵAT 4 amb T 4 Radiação Ao lado temos um termograma coloração artificial de duas casas uma com bom isolamento térmico R alto outra com um mal isolamento térmico Quais os principais processos de transferência de calor você pode identificar nesta figura Convecção Quais as características principais do fenômeno de convecção aquecimento de água fenômenos meteorológicos flambar da chama Convecção Quais as características principais do fenômeno de convecção aquecimento de água fenômenos meteorológicos flambar da chama Ocorre em um meio fluido Provocado por variações locais na densidade do fluido Necessita de uma diferença de temperatura entre o fluido e uma superfície sólida Fundamental para a descrição de fenômenos meteorológicos Modelagem matemática é complexa Exercício de Fixação A fig Mostra a seção transversal de uma parede feita de pinho de espessura La e outra de tijolos de espessura Ld2La sanduichando duas camadas de materiais desconhecidos com espessuras e condutividades térmicas idênticas Condutividade térmica pinho Ka e do Tijolo 50 Ka A área A da face da parede é desconhecida A condução térmica através da parede atinge o regime estacionário As únicas temperaturas nas faces conhecidas são T125 ºC T220 ºC e T510ºC Qual a temperatura na interface T4