Segurança di Trabalho em Subestações

1. Condução Térmica

Condução térmica é um dos meios de transferência de calor que geralmente ocorre em materiais sólidos, e é a propagação do calor por meio do contato de moléculas de duas ou mais substâncias com temperaturas diferentes (metais, madeiras, cerâmicas, etc...). Ocorre a propagação de calor sem transporte da substância formadora do sistema, ou seja, através de choques entre suas partículas integrantes ou intercâmbios energéticos dos átomos, moléculas, e elétrons.

Os metais, devido à elevada condutividade térmica, são excelentes meios de propagação de calor. Os gases e alguns sólidos, que possuem baixa condutividade térmica, são péssimos meios de propagação de calor.

Em fluidos (líquidos e gases) também ocorre transferência de calor por condução, porém nestes o aumento da temperatura provoca uma alteração na densidade do fluido na parte mais quente, o que provoca uma movimentação macroscópica. Esse deslocamento que surge entre a parte do líquido mais quente e a mais fria aumenta a velocidade de transporte de energia térmica. A este fenômeno dá-se o nome de convecção.

Pode-se determinar o fluxo de calor transportado por condução pela Lei de Fourier:

[pic 1]

A expressão acima se aplica ao caso unidimensional, quando há gradiente de temperatura apenas na direção x.

Caso se conheça as temperaturas de duas superfícies específicas e queira-se calcular o fluxo de calor por condução entre elas, basta integrar a equação acima, que toma a forma:

[pic 2]

A constante k é a condutividade do material. Entre duas substâncias a que tiver condutividade maior conseguirá transferir uma quantidade maior de calor, dada para uma mesma diferença de temperatura.

1. Convecção térmica

A convecção é um fenômeno físico observado num meio fluido (líquidos e gases) onde há propagação de calor através da diferença de densidade (g / m3) desse fluido submetido à um gradiente de temperatura.

O mecanismo de transferência de calor por convecção dar-se por um movimento macroscópico, carregando parte da substância de uma região quente para uma região fria.

Um exemplo deste mecanismo é observado à medida que o ar se aquece e as moléculas aquecidas se espalham, o ar quente torna-se menos denso e tendera a movimentar-se em direção a região mais fria. A transferência de calor por convecção é descrita pela seguinte equação:

[pic 3]                                

Sendo h o coeficiente de transferência de calor por convecção, A área de transferência de calor e [pic 4]são as temperaturas da superfície e do fluido longe da superfície, respectivamente.

1. Trocadores de calor

São dispositivos usados para realizar o processo da troca térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas. Utilizam-se trocadores de calor no aquecimento e resfriamento de ambientes, na produção de energia, na recuperação de calor e em processos químicos. A classificação dos tipos de trocadores de calor existentes é de acordo com o processo de transferência de calor ou o tipo de construção.

[pic 5]

Figura1: Exemplo de um Trocador de Calor

No decorrer do de projeto devemos escolher o tipo apropriado de trocador de calor e determinar a dimensão da área superficial de transferência de calor necessária para se atingir a temperatura de saída desejada.

Durante o cálculo da área do trocador de calor, afim de simplificar seu projeto, consideramos o coeficiente global de transferência de calor U calculado para os fluidos nas temperaturas médias e o adotamos como constante ao longo de todo o comprimento do trocador de calor. Assim, sua área pode obtida a partir da equação a seguir :

[pic 6]

Porém, o coeficiente global de transferência de calor U pode ser determinado através do cálculo dos coeficientes convectivos de transferência de calor interno e externo. Deve-se salientar que [pic 7][pic 8] e [pic 9][pic 10]devem se referir à mesma área de transferência de calor, para isso, deve-se tomar uma área como referência, usualmente a área externa.