A Calorimetria

As aplicações da calorimetria abrangem diversos setores. Pode-se observar sua importância desde pequenos processos biológicos, como o metabolismo dos nutrientes nos organismos, até a escala industrial, nos variados processos físicos e químicos.

Esta parte da física é responsável pelo desenvolvimento de equipamentos de conservação de temperatura, como garrafas térmicas, que mantém os líquidos em temperatura conservada. Também é devido aos conhecimentos de calorimetria que se explicam os estados físicos da matéria devido à temperatura e o conhecimento de fenômenos naturais como o vento e as massas de ar.

A transferência de calor é fundamental para todos os ramos da engenharia. Assim como o engenheiro mecânico enfrenta problemas de refrigeração de motores, de ventilação, ar condicionado, entre outros, o engenheiro metalúrgico não pode dispensar a transferência de calor nos problemas relacionados aos processos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos, ou no projeto de fornos, regeneradores, conversores, etc.

Em nível idêntico, o engenheiro químico ou nuclear necessita da mesma ciência em estudos sobre evaporação, condensação ou em trabalhos em refinarias e reatores, enquanto o eletricista e o eletrônico a utiliza no cálculo de transformadores e geradores e dissipadores de calor em microeletrônica e o engenheiro naval aplica em profundidade a transferência de calor em caldeiras, máquinas térmicas, etc. O engenheiro civil e o arquiteto sentem a importância de, em seus projetos, preverem o isolamento térmico adequado que garanta o conforto dos ambientes.

A transferência de calor é importante para a maioria de problemas industriais e ambientais. Como exemplo de aplicação, a área de produção e conversão de energia :

 • na geração de eletricidade (hidráulica, fusão nuclear, fóssil, geotérmica, etc) existem numerosos problemas que envolvem condução, convecção e radiação e estão relacionados com o projeto de caldeiras, condensadores e turbinas.

• existe também a necessidade de maximizar a transferência de calor e manter a integridade dos materiais em altas temperaturas

• é necessário minimizar a descarga de calor no meio ambiente, evitando a poluição térmica através de torres de refrigeração e recirculação.

Os processos de transferência de calor afetam também a performance de sistemas de propulsão (motores a combustão e foguetes). Outros campos que necessitam de uma análise de transferência de calor são sistemas de aquecimento, incineradores, armazenamento de produtos criogênicos, refrigeração de equipamentos eletrônicos, sistemas de refrigeração e ar condicionado e muitos outros.

Focando na área da Engenharia Química, as aplicações são vastas, já que a maioria dos processos químicos libera ou consome alguma quantidade de energia (reações endotérmicas ou exotérmicas), fazendo com que reagentes devam ser aquecidos (ou resfriados) a uma certa temperatura para maximizar o rendimento de uma reação química. Diferentes variações da calorimetria podem ser encontradas na literatura, por exemplo: a calorimetria diferencial de varredura (DSC), a calorimetria de análise térmica diferencial (DTA); bombas calorimétricas; calorimetria de solução; calorimetria de reação; calorimetria acelerada (ARC), entre outros.

Dentre os citados, pode-se dar maior ênfase à calorimetria de reação, já que uma das principais funções do engenheiro químico é a definição de parâmetros do processo e dos reatores de modo que seja o mais eficiente e otimizado possível, respeitando normas de segurança. As informações acerca do calor envolvido na reação a ser tratada direciona a maioria das variáveis do processo, pois estima a composição e taxa de conversão das substâncias, ajudando no monitoramento, controle e acompanhamento, além de que estas são determinantes para a escolha dos equipamentos a serem utilizados.

A classificação da calorimetria de reação é baseada no balanço de energia para um reator perfeitamente misturado. O coeficiente de troca térmica do reator é essencial para o processo. Como existem diferentes configurações técnicas dos equipamentos, pode-se encontrar três casos:

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• Calorimetria adiabática: a temperatura da camisa (Tc) é controlada e mantida em um valor aproximadamente igual à temperatura do reator (Tr). Nesta técnica, o total de calor gerado pela reação é acumulado no reator (vide Figura 1).

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• Calorimetria isoperibólica: a temperatura da camisa é mantida constante utilizando uma vazão alta na camisa de refrigeração e a temperatura do reator não é controlada (vide Figura 2).

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• Calorimetria isotérmica: a temperatura do reator é mantida constante através de uma malha de controle (vide Figura 3).

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Na indústria química há ainda outros dispositivos que tratam da transferência de calor, classificados de acordo com sua função:

1. Dispositivos de produção de vapor de água a elevada pressão e temperatura para efeitos de aquecimento em outros processos ou produção de força motriz: Caldeiras.
2. Dispositivos de troca de calor sem mudança de fase: Trocadores de calor, que podem ser: líquido/líquido; líquido/gás e gás/gás.
3. Dispositivos de troca de fase: Condensadores e Evaporadores (fundamentalmente usados para a concentração de soluções).
4. Dispositivos de resfriamento (torres de resfriamento).

Ressalta-se também o papel do estudo da troca de energia térmica também nos processos de separação de substâncias, onde se aproveita da diferença de volatilidades dos componentes individuais (coluna de destilação). Muitas estratégias de controle, baseada em medidas calorimétrica, voltadas à análise de segurança do processo, maximização da produtividade e qualidade do produto final vêm sendo estudadas, trazendo progresso para a indústria química. A troca térmica está envolvida em diversas etapas dos processos industriais, fazendo com que o conhecimento sobre calorimetria seja um dos pilares para a formação de um engenheiro químico.