Transmissão de Calor: Mecanismos e Cálculos

1 Transmissão de Calor Energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura Condução resulta da diferença de temperatura em um meio estacionário sólido ou fluido Convecção resulta da diferença de temperatura entre um meio e um fluido em movimento Radiação energia emitida por toda matéria que se encontra a uma temperatura não nula 2 Condução Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas difusão de energia Taxa de transferência de calor W Parede plana dx k A dT qx Fourier Fluxo de calor taxa por unidade de área dx k dT A q q x x 3 Exemplo 11 A parede de um forno industrial é construída de tijolos refratários de 15 cm de espessura e condutividade térmica de 17 WmK Medições realizadas durante a operação em regime estacionário apresentaram temperaturas de 1400 e 1150K nas superfícies interna e externa respectivamente Qual é a taxa de perda de calor através de uma parede com 05 por 12m de lado 1 desenho esquemático 2 identificação dos mecanismos de transmissão de calor 3 resolução matemática Convecção DOIS MECANISMOS DIFUSÃO ADVECÇÃO movimento molecular aleatório movimento macroscópico do condução fluido 4 Classificação em função do escoamento FORÇADA X NATURAL LIVRE escoamento causado por escoamento induzido por meios externos forças de empuxo Exemplos resfriamento de componentes eletrônicos sobre placas de circuito impresso Lei do Resfriamento de Newton o fluxo de calor por convecção é proporcional à diferença de temperatura entre a superfície Ts e o fluido T T h T q s Fluxo de calor por unidade de área Coeficiente convectivo Wm2 Wm2K Exercício 113 Você experimenta o resfriamento por convecção toda vez que coloca a mão para fora da janela de um veículo em movimento ou em um escoamento em água corrente Com a superfície da sua mão a uma temperatura de 30oC determine o fluxo de calor por convecção para a um veículo a 35 Kmh no ar a 5ºC h40 Wm2K b água a 02ms a 10oC h900 Wm2K 5 Radiação Emissão de energia radiante por uma superfície Lei de StefanBoltzman 4 n T E σ Wm2 corpo negro σ 567 x 108 Wm2K Energia emitida por um corpo real T4 E εσ ε emissividade 0 ε 1 Absorção de energia radiante por uma superfície G Gabs α α absortividade 0 α 1 Troca de radiação entre uma pequena superfície a Tsup envolvida por uma superfície isotérmica Tviz maior A energia total disponível para ser absorvida pode ser aproximada pela energia emitida por um corpo negro a Tviz 4 Tviz G σ 4 viz 4 sup 4 sup T T G T q ασ εσ α εσ Corpo cinza α ε 4 viz 4 sup T T q εσ Ou 2 viz 2 sup viz sup r viz sup r T T T T h T h T q εσ 6 O princípio da conservação de energia ac s g e E E E E entra produzido sai acumulado Entrada e saída fenômenos de superfície transferência de calor por condução convecção radiação Geração de energia fenômeno volumétrico conversão de outra forma de energia química elétrica eletromagnética em energia térmica Acúmulo de energia fenômeno volumétrico variações de energia interna cinética eou potencial