Mecanismos de Transferência de Calor

Capítulo 1 Noções básicas de transferência de calor

Mecanismos de Transferência de Calor[pic 1]

1-44C A condutividade térmica de um material é a taxa de transferência de calor através de uma espessura unitária do material por unidade de área e por diferença de temperatura unitária. A condutividade térmica de um material é uma medida de quão rápido o calor será conduzido nesse material.[pic 2]

1-45C Os mecanismos de transferência de calor são condução, convecção e radiação. Condução é a transferência de energia das partículas mais energéticas de uma substância para as menos energéticas adjacentes, como resultado das interações entre as partículas. A convecção é o modo de transferência de energia entre uma superfície sólida e o líquido ou gás adjacente que está em movimento, e envolve efeitos combinados de condução e movimento do fluido. Radiação é energia emitida pela matéria na forma de ondas eletromagnéticas (ou fótons) como resultado das mudanças nas configurações eletrônicas dos átomos ou moléculas.[pic 3]

1-46C Em sólidos, a condução é devida à combinação das vibrações das moléculas em uma rede e o transporte de energia por elétrons livres. Em gases e líquidos, é devido às colisões das moléculas durante o seu movimento aleatório.[pic 4]

1-47C Os parâmetros que afetam a taxa de condução de calor através de uma parede sem janelas são a geometria e a área de superfície da parede, sua espessura, o material da parede e a diferença de temperatura na parede.[pic 5]

1-48C A condução é expressa pela lei de condução de Fourier, [pic 6]onde dT / dx é o gradiente de temperatura, k é a condutividade térmica e A é a área que é normal à direção da transferência de calor.[pic 7]

A convecção é expressa pela lei de Newton de resfriamento, [pic 8]onde h é o coeficiente de transferência de calor por convecção, A s é a área superficial pela qual ocorre a transferência de calor por convecção, [pic 9]a temperatura da superfície e [pic 10]a temperatura do fluido suficientemente distante da superfície.

A radiação é expressa pela lei de Stefan-Boltzman, [pic 11]onde [pic 12]é a emissividade da superfície, A s é a área da superfície, [pic 13]é a temperatura da superfície, é a temperatura [pic 14]média da superfície circundante e [pic 15]é a constante de Stefan-Boltzman.

1-49C Convecção envolve movimento de fluido, a condução não. Em um sólido, podemos ter apenas condução.[pic 16]

1-50C Não. É puramente por radiação.[pic 17]

1-51C Na convecção forçada, o fluido é forçado a se mover por meios externos, como ventilador, bomba ou vento. O movimento do fluido na convecção natural é devido apenas aos efeitos de flutuação.[pic 18]

1-52C Emissividade é a razão entre a radiação emitida por uma superfície e a radiação emitida por um corpo negro na mesma temperatura. Absorção é a fração de radiação incidente em uma superfície que é absorvida pela superfície. A lei de radiação de Kirchhoff afirma que a emissividade e a absorção de uma superfície são iguais na mesma temperatura e comprimento de onda.[pic 19]

1-53C Um corpo negro é um corpo idealizado que emite a quantidade máxima de radiação a uma determinada temperatura e que absorve toda a radiação incidente sobre ele. Os corpos reais emitem e absorvem menos radiação do que um corpo negro na mesma temperatura.[pic 20]

1-54C Não. Tal definição implicará que dobrar a espessura dobrará a taxa de transferência de calor. A unidade de condutividade térmica equivalente, porém “mais correta”, é Wm / m 2 .°C, que indica o produto da taxa de transferência de calor e a espessura por área de superfície unitária por diferença de temperatura da unidade.[pic 21]

1-55C Em uma casa típica, a perda de calor através da parede com janela de vidro será maior, pois o vidro é muito mais fino que uma parede, e sua condutividade térmica é maior do que a condutividade média de uma parede.[pic 22]

1-56C Diamond é um melhor condutor de calor.[pic 23]

1-57C A taxa de transferência de calor através de ambas as paredes pode ser expressa como[pic 24]

[pic 25]

onde as condutividades térmicas são obtidas da tabela A-5. Portanto, a transferência de calor através da parede de tijolos será maior, apesar de sua maior espessura.

1-58C A condutividade térmica dos gases é proporcional à raiz quadrada da temperatura absoluta. A condutividade térmica da maioria dos líquidos, no entanto, diminui com o aumento da temperatura, com a água sendo uma exceção notável.[pic 26]

As superinsulações 1-59C são obtidas usando camadas de folhas altamente refletivas separadas por fibras de vidro em um espaço evacuado. A transferência de calor por radiação entre duas superfícies é inversamente proporcional ao número de folhas usadas e, portanto, a perda de calor por radiação será muito baixa usando essas folhas altamente refletivas. Ao mesmo tempo, evacuar o espaço entre as camadas forma um vácuo abaixo de 0,000001 atm de pressão que minimiza a condução ou a convecção através do espaço aéreo entre as camadas.[pic 27]

1-60C Os isolamentos mais comuns são obtidos misturando-se fibras, pós ou flocos de materiais isolantes com ar. A transferência de calor através de tais isolamentos é por condução através do material sólido, e condução ou convecção através do espaço aéreo, bem como radiação. Tais sistemas são caracterizados pela condutividade térmica aparente em vez da condutividade térmica comum, a fim de incorporar esses efeitos de convecção e radiação.[pic 28]

1-61C A condutividade térmica de uma liga de dois metais provavelmente será menor que a condutividade térmica de ambos os metais.[pic 29]