Três‌ ‌Formas‌ ‌de‌ ‌Propagação‌ ‌de‌ ‌Calor‌ ‌Com‌ ‌Sua‌ ‌Fundamentação‌ ‌Matemática‌ ‌e‌ ‌Aplicações‌ ‌

Três formas de propagação de calor com sua fundamentação matemática e aplicações ou exemplos na indústria

RESUMO

Este artigo tem por objetivo definir e explanar acerca das três formas de propagação de calor, assim como apresentar sua fundamentação matemática e expor exemplos de como ocorrem ou como podem ser úteis na indústria.

Palavras chave: Propagação de calor. Condução. Convecção. Radiação.

INTRODUÇÃO

O calor em si pode ser definido como uma energia que transita, e essa ação de transitar pode ser chamada de propagação ou transferência de calor.

Existem dois tipos de calor: calor sensível e calor latente.

A propagação de calor possui um único sentido: de forma espontânea, passa sempre do corpo ou material com maior temperatura para o de menor temperatura, quando há dois ou mais sistemas ou materiais com temperaturas diferentes, para que ocorra o equilíbrio térmico, de acordo com a Lei Zero da termodinâmica.

Condução, convecção e radiação são as três modalidades de transferência de calor que serão explicadas no decorrer deste artigo.

TIPOS DE CALOR

Calor Sensível

Tipo de calor relacionado com a variação de temperatura. Este tipo de calor é diretamente proporcional a variação de temperatura. Ou seja, quanto mais calor recebido, maior o aumento da temperatura, como é demonstrado em (1).

Q=m*c*T (1)

Onde:

Q - calor (J ou cal);

m - massa (g);

c - calor específico (cal/gºC);

ΔT - variação de temperatura (K).

Calor latente

Tipo de calor relacionado à mudanças de estado físico. Ao atingir as temperaturas de ebulição ou fusão, a temperatura se mantém constante, porém o corpo continua a absorver calor, essa quantidade de calor que continua sendo absorvida é chamada de calor latente e pode ser calculada através de (2).

Q = m*L (2)

Onde:

Q - calor (J ou cal);

m - massa (g);

L - calor latente (J/kg ou cal/g).

PROPAGAÇÃO DE CALOR

Condução

A condução de calor acontece principalmente em meios sólidos, sem o transporte de matéria. Ou seja, quando há dois corpos com diferentes temperaturas, ocorre a transferência de energia térmica entre os átomos e/ou moléculas de um material para o outro até que ocorra o total equilíbrio térmico.

Nos metais o processo de transferências também acontece através dos elétrons livres, por isso, na maioria das vezes os metais são bons condutores.

A condução de calor é baseada na lei homônima, também chamada de Lei de Fourier, que estabelece que o fluxo de calor em um material é proporcional à temperatura, e pode ser calculada através de (3).

Φ=QT=K*A*TL (3)

Onde:

𝚽 - fluxo de calor;

Q - quantidade de calor;

ΔT - variação de tempo;

K - condutividade térmica;

A - área da superfície;

L - espessura do material.

Convecção

A convecção é mais comum em meios fluidos (líquidos ou gases). Neste caso, a diferença de temperatura acaba por formar correntes de convecção, que circulam até que todo sistema esteja em equilíbrio térmico. Neste caso, a transferência de calor se dá através do transporte de matéria.

A fórmula que se utiliza para a propagação de calor por meio da convecção térmica é a da Lei de Newton do resfriamento, que comprova que a taxa de transferência de calor é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre o material e os corpos próximos, e está demonstrada em (4).

QT=h*A*(TSUP-TAMB) (4)

Onde: