ATPS TRANSERENCIA DE CALOR

FACULDADE ANHANGUERA DO RIO GRANDE

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 7° SEMESTRE TURMA C

NOME/RA:

Josefer Duarte da Costa / 3730719231

Marcelo de Araújo Sarkis / 3708624070

Marcelo Ferreira da Vara / 4211743825

Sávio Henrique Moraes Soares / 1299875313

ELETRICIDADE APLICADA

RIO GRANDE - RS, 07 DE ABRIL DE 2014. [pic 1]

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FACULDADE ANHANGUERA DO RIO GRANDE

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 6° SEMESTRE TURMA C

NOME/RA:

Josefer Duarte da Costa / 3730719231

Marcelo de Araújo Sarkis / 3708624070

Marcelo Ferreira da Vara / 4211743825

Sávio Henrique Moraes Soares / 1299875313

Sávio Henrique Moraes Soares / 1299875313

TRABALHO APRESENTADO A DISCIPLINA DE ELETRICIDADE APLICADA

Esta ATPS proporcionou o estudo e aplicação dos conhecimentos praticados em aula, aumentando o nível de aprofundamento para com as aplicações da matéria de Eletricidade Aplicada.

Orientador: Professor Rafael Amarante.

RIO GRANDE - RS, 07 DE ABRIL DE 2014. [pic 2]

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1 - Relatório 1: Introdução ao estudo de transferência de calor

        Para entendermos os mecanismos de transferência de calor, inicialmente, precisamos entender o conceito de calor. Calor nada mais é que um diferencial de temperatura entre dois corpos (T1 e T2; ΔT), causando assim um trânsito de energia térmica entre ambos. O calor é medido em J (Joule) pelo SI (Sistema Internacional de Medidas), porém é mais comumente utilizado a unidade cal (caloria), tal que 1 cal = 4,186J, sendo encontrada também no sistema inglês de medidas como BTU, muito comumente utilizada por aparelhos de refrigeração, sendo que 1 BTU = 252,4 cal = 1055 J.

        Uma caloria é a quantidade de calor para se elevar de 14,5 ºC para 15,5 ºC ( ΔT = T2 - T1 = 15,5 ºC - 14,5 ºC = 1 ºC) uma grama de água em seu estado puro. Sendo convencionalmente adotado que quando um corpo recebe calor (quantidade de energia térmica) o valor é positivo (Q > 0), consequentemente, negativo quando perde (Q < 0).

        Existem 3 tipos de propagação de calor, que são:

1.1 - Condução

        

        Ocorre quando há o contato direto entre 2 substâncias, ocorrendo também nas interações interatômicas e intermoleculares.  Ocorre devidos as colisões interatômicas da substância onde as partículas que possuem maior energia cinética, onde as mesmas, devido ao seu alto grau de agitação se colidem com as partículas vizinhas, transferindo assim energia, o processo ocorro ao longo do material, sendo que o calor sempre flui das partículas que possuem maior temperatura (maior energia cinética) para as de menor temperatura (menor energia cinética). Cada material possui uma capacidade de transmitir essa energia, sendo este um valor constante valor denominado de k (condutividade térmica do material), sendo que os metais são melhores condutores de calor (k elevado) do que os líquidos que por seguinte são melhores condutores que os gases (k baixo).

        Para calcular essa transmissão de calor, utilizamos a Lei de Fourier, sendo que as temperaturas devem estar em regime permanente (não variem em relação ao tempo):

[pic 3]

Sendo:

k: Condutividade térmica do material

A: A seção transversal do condutor do material

Ө2: Temperatura do ponto 2

Ө1: Temperatura do ponto 1

e: Comprimento do material

        Como exemplo podemos utilizar uma fonte de calor aquecendo a ponta de uma barra, sendo assim, o calor se propagará ao longo da barra, pois as moléculas mais próximas da fonte de calor terão uma quantidade de energia maior que fluirá até as moléculas de menor quantidade de energia conforme a figura a seguir:

[pic 4]

Figura 1 – Fonte de calor aquecendo a ponta de uma barra.

Fonte: http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef008/mef008_02/Berenice/condu1.gif

1. - Convecção

        É um comportamento exclusivo dos gases e líquidos, onde o calor é transferido devido a própria movimentação do fluido. O ar quente é menos denso que o ar frio, tendendo assim a subir enquanto o ar frio desce e este entra em contato com a fonte de calor, sendo o processo repetido até que haja um equilíbrio térmico.

        Para calcular essa transmissão de calor, utilizamos a Lei de resfriamento de Newton:

[pic 5]

Sendo:

Q: Energia térmica

h: Coeficiente de transferência térmica

A: Área de superfície pela qual o calor está sendo transferido

ΔT(t): T - Tamb ; T: Temperatura da superfície do objeto e Tamb: Temperatura ambiente

        O exemplo mais comum é a geladeira, onde uma vez que o ar quente sendo menos denso sobe entra em contado com o congelador e é resfriado, tornando-se ar frio, que devido a sua densidade, desce, conforme ilustra a figura a seguir:

[pic 6]

http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2011/10/conveccao-termica.jpg

1. - Radiação

        Ocorre quando a energia é transferida por meio de ondas eletromagnéticas, visíveis e invisíveis, que se propagam através do espaço, não necessitando de meio de suporte. Ocorre principalmente através de ondas infravermelhas e é o único processo que tem capacidade de propagação no vácuo.

        A energia que um corpo emite é dada pela Lei de Stefan-Boltzmann (Josef Stefan 1835-1893, Ludwig Boltzmann 1844-1906):

[pic 7]

Sendo:

σ = A constante de Stefan-Boltzmann 5,67×10-8 W/m2K4

ε = A emissividade da superfície emissora (0<ε≤1)