Trabalho Completo Troca De Calor

Troca De Calor

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Categoria: Ciências

Enviado por: Tatta 02 junho 2013

Palavras: 1099 | Páginas: 5

Formas de troca de calor

Calor é então a energia em trânsito que flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.

Como existem diferenças de temperatura em todo o universo, os fenômenos de troca de calor são universais.

A literatura geralmente divide o fluxo de calor em três mecanismos básicos: Condução, Convecção, Radiação. Vale a pena salientar que estes mecanismos atuam na maioria das vezes conjuntamente, sendo separados para uma facilidade de equacionamento e entendimento. Em termos práticos, dependendo da situação há a preponderância de um determinado mecanismo sobre um outro. O que o engenheiro faz é avaliar o mecanismo mais importante e soluções aproximadas são obtidas desprezando-se os menos importantes. O fluxo de calor também pode se manifestar em regime permanente ou regime variado.

Quando em regime permanente, a quantidade de calor fornecida aos corpos é exatamente a mesma retirada, desde que não haja fonte ou sorvedouro de calor interno. Como exemplo real de regime permanente tem-se o forno de uma siderúrgica, e, como regime variável, o sistema de lubrificação de um motor de combustão interna quando na fase de aquecimento.

Troca de calor por condução

O Mecanismo de troca de calor por Condução ocorre quando a energia em trânsito denominada calor flui do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura atravessando um meio sólido ( algumas vezes fluidos) desde que estejam em contato físico direto. A energia é transmitida por meio de comunicação molecular direta, sem apreciável deslocamento destas moléculas. De acordo com a teoria cinética molecular, a temperatura de uma matéria depende da energia cinética média de suas moléculas. A quantidade de energia intrínseca de um elemento e a posição relativa de suas moléculas é chamada de Energia Interna. Logo, se as moléculas se movem mais rapidamente, maior é a energia interna e a temperatura. Quando moléculas de uma região apresentam uma energia cinética média maior que a da região adjacente, as moléculas que possuem maior energia transferem parte desta energia para as moléculas de região adjacente com menor nível energético. Esta transferência pode se dar por impacto elástico (caso comum nos fluidos) ou por difusão de elétrons de movimento rápido (caso dos metais). Independentemente do mecanismo exato, o fato observável é a transmissão de energia. A Condução é o mecanismo de troca de calor que ocorre principalmente nos sólidos, já que nos fluidos o mecanismo predominante é a convecção que será adiante explicada.

Convecção

A convecção é a forma de transmissão do calor que ocorre principalmente nos fluidos (líquidos e gases). Diferentemente da condução onde o calor é transmitido de átomo a átomo sucessivamente, na convecção a propagação do calor se dá através do movimento do fluido envolvendo transporte de matéria.

A descrição e explicação desse processo é simples: quando uma certa massa de um fluido é aquecida suas moléculas passam a mover-se mais rapidamente, afastando-se, em média, uma das outras. Como o volume ocupado por essa massa fluida aumenta, a mesma torna-se menos densa. A tendência dessa massa menos densa no interior do fluido como um todo é sofrer um movimento de ascensão ocupando o lugar das massas do fluido que estão a uma temperatura inferior. A parte do fluido mais fria (mais densa) move-se para baixo tomando o lugar que antes era ocupado pela parte do fluido anteriormente aquecido. Esse processo se repete inúmeras vezes enquanto o aquecimento é mantido dando origem as chamadas correntes de convecção. São as correntes de convecção que mantêm o fluido em circulação.

Irradiação

Irradiação é um processo de troca de calor que propaga energia mesmo sem um meio material. Esta propagação, em forma de calor, pode se dar aos raios infravermelhos, que se propagam através de ondas eletromagnéticas.

Corpos negros ou de cores escuras são mais aquecidos quando expostos ao sol se comparados com de cores claras, pois os corpos escuros retêm grande parte da radiação recebida e a transformam em aumento de temperatura, já os corpos claros refletem a radiação, não retendo-a.

O Sol, todos os dias aquece a Terra exatamente pelo motivo da irradiação não necessitar de um meio material para que aconteça, ou seja, pode acontecer no vácuo. Graças à radiação, então, temos vida na Terra.

Todos os corpos emitem radiação infravermelha, e quando absorve mais do que emite, ele se aquece.

Podemos usar as garrafas térmicas para melhor entender esse processo. As paredes das garrafas são duplas e prateadas, as duplas são separadas por um vácuo, de tal forma que as trocas de calor por condução ou convecção, são minimizadas, pois elas precisam de um meio material para ocorrer. Já as paredes prateadas minimizam as trocas de calor por radiação, fazendo assim com que o líquido dentro da garrafa não perca nem receba calor.

A experiência

Por qual razão, estando com água, o balão não explode quando a sua película entra em contato com a chama?

Existe uma temperatura na qual a substância se inflama diante de uma chama. Esta temperatura é denominada “ponto de fulgor”. O ponto de fulgor do álcool é 13oC; o da gasolina -42oC; o do vapor de parafina (vela), 250oC e o da borracha (látex) acima de 260oC.

Isto significa que, com água, a película de látex do balão não atinge o “ponto de fulgor”, mesmo que a temperatura da chama seja superior a 1000oC, e assim, não se rompe. Veja por que:

1 - Para um mesmo volume, a capacidade térmica do ar é cerca de 3.200 vezes menor do que a da água. Isto significa que para aumentar de 1oC um mesmo volume de ar e de água, a água absorve 3.200 vezes a quantidade de

calor que o ar absorve.

2 - Isto implica em que o ar “dissipa calor” muito mais lentamente do que a água, ou seja: o ar apresenta a propriedade de oferecer uma elevada resistência à transferência de calor proveniente da chama.

3 - O calor liberado pela chama, nestas condições, não consegue atravessar rapidamente a película de borracha do balão contendo ar. Isto implica em aumento rápido da temperatura da superfície da película em contato com a chama, permitindo que o “ponto de fulgor” (~ 260 oC) seja atingido quase que instantaneamente. Como resultado, o balão inflado com ar explode assim que entre em contato com a chama.

4.- Em contraste, o balão contendo água não explode porque a água tem capacidade térmica elevada. Isto permite a absorção da grande quantidade de calor que é transmitido ao balão pela chama. Desta forma, o fluxo de calor atravessa a película rapidamente não permitindo que a temperatura da superfície em contato com a chama atinja o ponto de fulgor.

A foto mostra a superfície chamuscada do balão que contém água, após ficar em contato com a chama.