Outrora por meio

Mecanismo de Transferência de Calor.

A definição para todos os tipos de transferência de calor se resume em quatro diferentes tipos sendo por condução, convecção, radiação e de maneira combinada.

Todos os tipos de mecanismo têm um ponto em comum que a transferência de calor, porém podemos definir esse processo como deslocamentos de energia entre dois pontos com diferença de temperatura porque o calor nada mais é do que um tipo de energia que por definição na termodinâmica não pode criado nem destruído apenas transformado em outro tipo. Com base na introdução ao mecanismo de transferência de energia térmica vamos analisar os métodos que podem ser aplicados de maneira individual.

Condução de energia: A condução é um método que a transferência de calor pode ser elaborada através de materiais sólidos, sendo a mesma efetuada a nível molecular por transferência de energia sensível. Este processo ocorre da seguinte forma, um corpo com maior valor energético transfere energia para um corpo com menor valor de energia de maneira similar ao fluxo de corrente elétrica em circuito onde a mesma flui do pólo positivo para o negativo através de diferença de potencial.

A Lei fundamental da condução térmica é a lei de Fourier, onde a quantidade (Q) de calor transferido por uma unidade de tempo e velocidade é proporcional a área de transferência que esteja perpendicular ao fluxo de calor, esta teoria de maneira matemática é expressa na seguinte equação:

Q= K x A x (dt/dx).

Onde:

K= Condutividade térmica do material.

A= área da seção transversal.

dt= Diferença de temperatura.

dx= Espessura do material.

Porém na equação acima pode ser expressa usando a resistência térmica do material condutor, ou seja, o quanto o material se opõem em conduzir este tipo de energia de um ponto com maior valor energético e outro com menor temperatura.

Q= (t1-t2)/R.

R=L/(K x A).

Onde:

R= resistência do material em conduzir calor.

L= Comprimento que o fluxo irá percorrer.

Portanto os materiais de condução de calor são classificados como bons ou mal condutores de energia através do Valor de sua condutância térmica (K), e de sua resistência térmica (R), que são os fatores que geram perca de energia pelo trajeto do fluxo de energia.

Convecção: A convecção é um processo de transferência de calor que é realizado através de fluidos em movimentos podendo ser um liquido ou gás, onde a diferença de temperatura também é um fator imprescindível para que o processo ocorra e quanto maior for a velocidade do fluido sobre uma área solida aquecida de maneira mais rápida acontece a transferência de calor. O processo ocorrendo por convecção é muito mais eficaz do que o processo de condução e a mesma pode ser gerada de maneira forçada através de ventoinhas ou livre quando não há equipamento para acelerar o fluido e tem somente a força de flutuação induzida, a quantidade de calor também pode ser expressa de maneira matemática através da equação do físico Newton que gerou a lei do resfriamento por convecção.

Q= h x A x (t1-t2).

Onde:

H= coeficiente de transferência de calor por radiação.

O (h) não é uma propriedade do fluido utilizado, mas é um parâmetro determinado através de experimentos cujo valor depende de todas as variáveis que estão no processo de convecção.

Portanto no processo por convecção temos que avaliar a superfície do solido onde o fluido escoa e como é gerada a movimentação do fluido, as propriedades do fluido e a massa do fluido levando esses fatores em consideração conseguem-se obter um excelente processo.

Radiação Térmica: O Processo por radiação térmica é onde toda a energia radiante é emitida no gama de comprimento de ondas eletromagnética onde vária de 0,1u á 100um, o processo ocorre por alteração nas configurações eletrônica dos átomos e moléculas, onde todo e qualquer com a temperatura acima de 0K emite radiação.

A transferência de calor por radiação ocorre através de materiais sólidos, liquido e gasoso, ou seja, nos três estados físicos da matéria além de ocorrer também no vácuo, somente não ocorre o processo por radiação nos sólidos e líquidos opacos.

Diferentemente do processo de transferência de calor por condução e convecção a radiação não depende de um meio intermitente para que consiga ocorrer, e deste modo a transferência acontece em na velocidade da luz e desta maneira que a luz do sol atinge a superfície da terra.

Assim como na condução e convecção a radiação pode ser equacionada para se obter a quantidade de calor transferido através da teoria elaborada pelo físico Stefan-Boltzman:

Q= 5,670x10^-8 x E x A x Ts^4

Onde:

5,670x10^-8= Constante de Stefan-Boltzman

E= Emissividade do material.

A= área da seção transversal

Ts^4= Temperatura de saída a quarta potência.

Vejamos um exemplo de radiação que ocorre todos os dias de maneira prática:

Como vemos a energia emitida é proporcional a quarta potência da temperatura absoluta.

Portanto no processo por radiação térmica um corpo negro tem sua emissividade ideal onde E=1 e a maneira de mensurar o fluxo e a quantidade de calor é de maneira qualitativa e não quantitativa como na condução e convecção.

Transferência de calor em sistema combinado: O Mecanismo de transferência de calor em sistema combinado é o mais comum em se obter na maioria dos sistemas de trocadores de calor onde ocorre a condução e convecção juntas.

O processo também como os outros tipos ocorre por diferença de temperatura entre um ponto e outro, de forma mais pratica de entender um exemplificamos uma sauna onde