Transferencia de Calor, Introdução

TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Transferência de Calor é a energia térmica em transito devido a uma diferença de temperaturas no espaço. Havendo diferença na temperatura de um sistema, haverá uma troca de calor entre a região de alta temperatura e a região de baixa temperatura.

Na termodinâmica vemos que o calor é uma forma de energia trocada entre dois corpos mantidos a temperaturas diferentes. Nessa formulação, Calor é identificado como uma grandeza dada ou calculada pela Primeira Lei. A transmissão de Calor é a ciência que procura explicar a maneira com que essa troca de energia é feita e também analisar a taxa de troca.

Através das taxas de transferência de calor encontramos os fluxos de calor, que é uma grandeza fundamental na especificação do tamanho de trocadores de calor, como caldeiras, condensadores, ar-condicionado, cafeteiras automáticas, etc., implicando assim no custo dos equipamentos. A transferência de calor é classificada por três principais processos (Condução, Convecção e Radiação e Irradiação). Vejamos agora suas características.

1. TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONDUÇÃO

Na condução ocorre a transferência de calor das partículas mais energéticas para as menores de uma substância ou entre substâncias que estão em contato físico direto através de colisões entre átomos e moléculas vizinhas onde o calor flui das temperaturas mais altas para as temperaturas mais baixas, sem transporte de matéria, visando o equilíbrio térmico do material. Se propagando de partícula para partícula os corpos mais densos são bons condutores de calor em relação a líquidos e gases e os materiais em que a condução térmica não ocorre são chamados de isolantes térmicos, como por exemplo, o isopor e a madeira.

 A lei de Fourier foi desenvolvida a partir de fenômenos observados, ao invés de derivadas de princípios fundamentais. Ela estabelece que o fluxo de calor através de um material é proporcional à temperatura e sempre que existir uma diferença de temperatura num meio ou entre meios haverá necessariamente transferência de calor.

1. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO

1. Convecção Natural

A convecção natural ou convecção livre é a causada por motivos naturais e os movimentos são causados pela força do empuxo, sem intervenção de nenhum tipo de dispositivo externo como, por exemplo: ventilador, dispositivo de sucção etc. Ela é causada pela diferença de densidades entre os fluidos. Uma parede quente em contato com o ar atmosférico fará a transferência de temperatura por condução para uma porção de ar que consequentemente, devido à temperatura fará com que fique menos densa e começará a subir. Depois disso o ar que está mais frio, denso e longe da parede, começará aproximar-se fazendo o mesmo processo fechando um ciclo.

A convecção natural é muito importante na natureza, em fenômenos vistos em grande escala como o movimento dos mares, os movimentos da atmosfera, no arrefecimento de um corpo vivo mesmo na ausência de vento. Na engenharia é importante notar também o efeito chaminé, quando fumos quentes sobem para a atmosfera, na refrigeração de eletrônicos, como televisão, rádio. É necessário dizer que a convecção natural somente ocorre se houver gravidade. A velocidade em que ocorre a convecção natural é inferior da convecção forçada, por isso utiliza-se uma escala difusiva.

1.  Convecção Forçada

A convecção forçada abrange dois mecanismos: Movimento molecular aleatório (difusão) e movimento global (ou macroscópico).

Esse tipo de transferência de calor ocorre quando há contato entre um fluido em movimento e uma superfície, estando ambos em diferentes temperaturas. Determina-se convecção FORÇADA quando o escoamento é causado por um meio externo, tais como um ventilador, uma bomba, ventos atmosféricos, etc.

• MOLECULAR ALEATÓRIO: ocorre próximo a superfície e em baixa velocidade de escoamento;
• MOLECULAR GLOBAL: ocorre quando a espessura da camada limite cresce à medida que o escoamento progride no vetor X.

Coeficiente para transferência de calor por convecção forçada:

Gases: 25-250h(W/m²K) Líquidos:....100-20000h(W/m²K).

1. Convecção Mista

A convecção mista ocorre quando são misturados dois tipos de convecção: a forçada e a natural. Isso ocorre em situações, como por exemplo, uma placa aquecida que fica sujeita a algum tipo de mecanismo que provoque seu resfriamento (convecção forçada), e na mesma direção do ar atmosférico que faz sua função de convecção natural. Ainda dentro de convecção mista, existem três tipos de situações na qual se deve considerar: (a) quando as duas formas de convecção estão na mesma direção, chamada de escoamento paralelo. (b) quando as convecções atuam em direções opostas chamada de escoamento oposto. (c) quando existe um movimento transversal forçado chamado de escoamento transversal.