Experimento Meios de Propagação de Calor: Transmissão

UNIVERSIDADE VILA VELHA – UVV

ENGENHARIA DE PETRÓLEO

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FENÔMENOS DE TRANSPORTE

ET5N

Experimento Meios de Propagação de Calor

Professor:

Marcela Gonçalves Ferreira

Grupo:

Andre Cateringer Gomes

Henry Frederick Ridwan Surjadi

Vila Velha (ES), 01 de dezembro de 2015

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Andre Cateringer Gomes              

 Henry Frederick Ridwan Surjadi

Experimento Meios de Propagação de Calor

Trabalho do Curso de Graduação em Engenharia de Petróleo apresentado a Universidade Vila Velha - UVV, como parte das exigências da Disciplina de Fenômenos de Transporte sob orientação do Professor Marcela Gonçalves Ferreira.

VILA VELHA
DEZEMBRO - 2015

Sumário

1 INTRODUÇÃO        

2 OBJETIVOS        

3 MATERIAIS UTILIZADOS        

4.PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL        

4.1: CONDUÇÃO        

4.2: IRRADIAÇÃO        

4.3: CONVECÇÃO        

5.REFERENCIAS        

1 INTRODUÇÃO

Para falarmos em calor será necessário introduzir o conceito de energia térmica que surge devido ao continuo movimento das moléculas ou átomos que constituem uma matéria. Em outras palavras a energia térmica tem sua origem na energia cinética das moléculas ou átomos. A medida dessa energia cinética ou energia térmica é chamada de temperatura. É comum que um sistema termodinâmico possua alguns corpos ou regiões em diferentes estados térmicos, ou seja, em diferentes temperaturas (sistema fora do equilíbrio termodinâmico), neste caso o sistema irá busca o equilíbrio termodinâmico (mesma temperatura) por processo espontâneo de transferência de energia térmica, denominado calor.

O calor é denominado como uma transferência de energia entre dois corpos ou duas regiões distintas de um mesmo corpo. Para sua propagação ocorrer se torna necessário que os dois corpos ou regiões se encontrem fora do equilíbrio térmico, ou seja, que suas temperaturas sejam diferentes.  

“O sentido do fluxo de calor Φ segue espontaneamente do corpo (ou região) de maior temperatura para o corpo (ou região) de menor temperatura.”

Definimos o fluxo de calor como sendo uma quantidade Q que atravessa uma superfície S por uma unidade de tempo.

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Onde o Φ é dado em cal/s, kcal/s ou watt (W) que corresponde a Joule por segundo (J/s).

Dessa forma descrevemos o processo de propagação de calor num contexto geral, contudo se torna necessário discutir as suas variações que dependem da natureza da fonte de calor e meio material. Essas são classificadas como: condução, convecção e radiação (ou irradiação).

 A condução é um dos fenômenos de propagação de calor em que se torna necessário à existência de um meio material entre a fonte de calor e o receptor. A natureza do meio determina se é possível transmitir calor por condução e quanto será eficiente para os casos que ocorram. É importante enfatizar que não ocorre transferência de matéria pelo processo de condução. Desta forma, uma molécula mais próxima de uma fonte de calor vibra com uma intensidade maior do que outra molécula mais afastada, e a primeira transfere uma porção de sua energia de vibração para a segunda, ou seja, transfere o calor.  

Em regime estacionário, o fluxo de calor por condução em um material homogêneo é diretamente proporcional à área da secção transversal a e a diferença de temperatura entre os extremos (corpos ou regiões) é inversamente proporcional a espessura da camada estudada [pic 4]

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Essa é a Lei de Fourier, descrita pela equação 2.

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Onde k é o coeficiente de condutividade térmica e o mesmo depende da natureza do material, logo ele indica se o material é um bom condutor ou não. No Sistema Internacional de Unidades (SI) a condutividade térmica é medida em unidades de watt por metro kelvin [W/(m.K)].

Abaixo temos uma tabela com valores de condutibilidade térmica para alguns materiais.

Material	Condutividade térmica em J/(s*m*K) ou W/(m*K)
Prata	426
Cobre	398
Alumínio	237
Tungstênio	178
Ferro	80,3
Aço Carbono	38,0
Latão	60 - 100
Vidro	0,72 - 0,86
Água	0,61
Tijolo	0,4 - 0,8
Madeira (pinho)	0,11 - 0,14
Fibra de vidro	0,046
Espuma de poliestireno	0,033
Ar	0,026
Espuma de poliuretano	0,020
Polipropileno	0,254

Tabela 1 - Condutividade térmica de materiais a 27 °C

A convecção se assemelha ao processo de condução, pois também necessita de um meio material, entretanto a mesma ocorrerá apenas em fluídos (gases ou líquidos). Desta forma existirá uma transferência de calor em conjunto com uma transferência de material. Contudo esse processo de transferência de calor-matéria segue um sentido único: a porção de fluído que se encontra em maior temperatura se torna menos densa e acaba subindo no sistema, enquanto que a porção de fluído de menor temperatura encontra-se mais densa e por sua vez desce. Por fim, no processo de convecção ocorre uma troca, ou ciclo (sem perda de matéria) entre porções quentes e frias. Para isso usamos a lei de resfriamento de Newton em que h e coeficiente convectivo, e área a e o  que e a variação de temperatura entre fluido e o material.[pic 6]