Operações Unitarias

Capítulo 1

Mecanismos de transferência de calor

Introdução

Transferência de Calor (ou calor) é energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura. Temperatura, por sua vez, é um indicador da quantid

ade de energia térmica disponível. Então, sempre que existir uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios ocorrerá transferência de calor. Por exemplo, se dois corpos a diferentes temperaturas são colocados em contato direto, ocorrerá uma transferência de calor do corpo de temperatura mais elevada para o corpo de menor temperatura até que haja equivalência de temperatura entre eles. Logo, dizemos que o sistema tende a atingir o equilíbrio térmico. A transferência de calor se dá através do fluxo de calor, que é o movimento de energia térmica de um local para outro, por unidade de área (m2). Dessa forma, podemos afirmar que um corpo nunca contém calor, sendo este identificado como tal quando cruza a fronteira de um sistema. O calor é, portanto, um fenômeno transitório, que cessa quando não existe mais uma diferença de temperatura. Os mecanismos de transferência de calor são condução, convecção e radiação.

Condução

A condução ocorre dentro de uma substância ou entre substâncias que estão em contato físico direto. A transferência de calor ocorre em um meio estacionário, que pode ser um sólido ou um fluido, em virtude de um gradiente de temperatura. Na condução, a energia cinética dos átomos e moléculas (calor) é transferida por colisões entre átomos e moléculas vizinhas. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com maior energia cinética) para as temperaturas mais baixas (moléculas com menor energia cinética). A capacidade das substâncias para conduzir calor (condutividade) varia consideravelmente. Via de regra, sólidos são melhores condutores que líquidos e líquidos são melhores condutores que gases.

Convecção

A convecção somente ocorre em líquidos e gases. A transferência de energia ocorre entre uma superfície e um fluido em movimento, em virtude da diferença de temperatura entre eles. Em outras palavras, consiste na transferência de calor dentro de um fluido através de movimentos do próprio fluido. O calor ganho na camada mais baixa da atmosfera através de radiação ou condução é mais freqüentemente transferido por convecção. A convecção ocorre como conseqüência de diferenças na densidade do ar. Quando o calor é conduzido da superfície relativamente quente para o ar sobrejacente, este ar torna-se mais quente que o ar vizinho. Ar quente é menos denso que o ar frio de modo que o ar frio e denso desce e força o ar mais quente e menos denso a subir. O ar mais frio é então aquecido pela superfície e o processo é repetido. A convecção pode ser classificada como forçada, se o movimento é causado por um agente externo, ou natural, se o movimento ocorrer devido à diferença de densidade do meio.

Radiação

A radiação consiste na transferência de calor na ausência de um meio interveniente, através de ondas eletromagnéticas, entre duas superfícies a diferentes temperaturas. Como a radiação é a única que pode ocorrer