ATPS TRANSFERENCIA DE CALOR

INTRODUÇÃO

Serão apresentados nesta pesquisa, conceitos básicos sobre mecanismos de transferência de calor e suas propriedades térmicas, e os tipos de isolantes térmicos, através de definições dos termos mais comuns. Apresentaremos um relatório de analise dos experimentos feitos pelos processos de transferência por condução, radiação e convicção.

Etapa 1

DEFINICÕES DO CALOR

Segundo dicionário Aurélio calor é “...a forma de energia que se transfere de um sistema para o outro em virtude de uma diferença de temperatura existente entre eles e que se distingue das outras formas de energia porque, como o trabalho, só se manifesta num processo de transformação”. Por esta definição, calor nada mais é do que uma forma de energia. A maneira com que a energia altera as propriedades “dependentes ou independentes” de um sistema no seu estado de equilíbrio é escopo do estudo da termodinâmica clássica.

Esta definição citada sugere a primeira lei de termodinâmica que diz: A energia (na forma de calor ou trabalho) não é criada e sim transformada. Matematicamente considerando um sistema fechado, pode-se escrever este principio pela equação:

∑i dQi/dt - ∑j dWj/dt = ∆E

Onde, W é a energia em forma de trabalho, Q é a energia em forma de calor e E é a variação de energia em um sistema. As duas estão em razão de dt. Esta formulação deve ser aplicada somente quando houver estado de equilíbrio do sistema termodinâmico. O resultado indica somente que a somatória das taxas de variação de calor e de trabalho, dentro de um volume de controle em um sistema fechado são constantes, e podem ser transformadas de uma forma para a outra. Os valores da variação temporal destas taxas, assim como sua dependência do tipo de meio e da superfície de absorção/emissão de calor, não são aqui considerados.

MECÂNISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Os mecanismos de transferência de calor são eles:

• Radiação,

• Condução,

• Convecção.

A radiação consiste de ondas eletromagnéticas viajando com a velocidade da luz. Como a radiação é a única que pode ocorrer no espaço vazio, esta é a principal forma pela qual o sistema Terra-Atmosfera recebe energia do Sol e libera energia para o espaço.

Exemplo:

A condução ocorre dentro de uma substância ou entre substâncias que estão em contato físico direto. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com maior energia cinética) para as temperaturas mais baixas (moléculas com menor energia cinética). A capacidade das substâncias para conduzir calor (condutividade) varia consideravelmente entre, os sólidos são melhores condutores que líquidos e líquidos são melhores condutores que gases. Num extremo, metais são excelentes condutores de calor e no outro extremo, o ar é um péssimo condutor de calor. Conseqüentemente, a condução só é importante entre a superfície da Terra e o ar diretamente em contato com a superfície. O meio de transferir calor para a atmosfera como um todo, a condução é o menos significativo e pode ser omitido na maioria dos fenômenos meteorológicos.

Exemplo:

A convecção somente ocorre em líquidos e gases. Consiste na transferência de calor dentro de um fluído através de movimentos do próprio fluído. O calor ganho na camada mais baixa da atmosfera através de radiação ou condução é mais freqüentemente transferido por convecção. A convecção ocorre como conseqüência de diferenças na densidade do ar. Quando o calor é conduzido da superfície relativamente quente para o ar sobrejacente, este ar torna-se mais quente que o ar vizinho. Ar quente é menos denso que o ar frio de modo que o ar frio e denso desce e força o ar mais quente e menos denso a subir. O ar mais frio é então aquecido pela superfície e o processo é repetido.

Exemplo:

ISOLANTES TERMICOS

Isolantes térmicos são materiais ou estruturas que dificultam a transferência de calor, ou seja, estabelece uma barreira entre eles dificultando que rapidamente igualem suas temperaturas. O melhor isolante térmico é o vácuo, mas devido a grande dificuldade de obter e manter em condições de vácuo, são muito pouco empregado. O “Ar” graças a sua baixa condutividade térmica e com um baixo coeficiente de absolvição de radiação constitui em um elemento de muita resistência a passagem de calor. Entretanto, o fenômeno por convecção que se origina nas câmaras de ar aumenta sensivelmente sua capacidade de transferência térmica. Além disso, o ar deve estar seco, sem umidade, o que é difícil de conseguir nas câmaras de ar. Por estas razões são utilizados como isolamento térmico materiais porosos ou fibrosos, capazes de imobilizar o ar seco e confiná-lo no interior das células.

TIPOS DE ISOLANTES

Há vários tipos de materiais consideráveis bons isolantes, isso depende da utilidade dada, temperatura de trabalho, local de instalação entre outros. Podem-se utilizar como isolantes térmicos: lã de poliéster, produzida a partir de garrafas pet, La de rocha, fibra de vidro, hidrossilicato de cálcio, manta de fibra cerâmica, vidro celular, poliestireno expandido ou extrudado, espuma de poliuretano, aglomerados de cortiça, etc. Deve-se observar sempre que não existe isolamento térmico perfeito, pois todo material ou estrutura constituída por alguma composição de materiais sempre conduz algum calor.

Etapa 2

EXPERIMENTOS REALIZADOS

Experimento 1: Condução

Para analisar o processo de transferência de calor por condução foram utilizados os seguintes materiais: barra metálica, pano grosso, vela, alfinetes e um cronometro. Os metais utilizados para o experimento foram cobre e alumínio.

Para a montagem seguiremos os seguintes procedimentos: É colocado alfinetes na face de baixo da barra de metal, intercalados e fixados com parafina,