Relatório 1: Introdução Ao Estudo De Transferência De Calor

Relatório 1: Introdução ao estudo de transferência de calor

Transferência de calor estuda as diversas maneras que o calor pode ser transferido entre os

corpos. Existem três maneras de transferencia de calor: Condução, Convecção e Radiação.

Para entender os métodos de transferência de calor antes é necessário, saber o que é calor.

Calor: Segundo definição do dicionário Aurélio, calor é “... a forma de energia que se

transfere de um sistema para o outro em virtude duma diferença de temperatura existente

entre os dois, e que se distingue das outras formas de energia porque, como o trabalho, só

se manifesta num processo de transformação”.

que o calor nada mais é do que uma forma de energia. A maneira com que esta energia

altera as propriedades (dependentes ou independentes) de um sistema no estado de

equilíbrio é escopo do estudo da Termodinâmica Clássica. Já os efeitos que ocorrem

durante o processo da transmissão da energia em forma de calor é escopo da Transferência

de Calor. Dentre estes efeitos, exaltase

a variação da taxa temporal de transmissão de

calor (variável não considerada na termodinâmica). Os principais princípios da

Termodinâmica devem estar bem assimilados a fim de se absorver o conteúdo deste

trabalho da forma mais efetiva.

Condução: A condução é um processo pelo qual o calor flui de uma região de temperatura

mais alta para outra de temperatura mais baixa, dentro de um meio (sólido, líquido ou

gasoso) ou entre meios diferentes em contato físico direto” a apresentação da Segunda Lei da

Termodinâmica, quando se diz que a transmissão de calor parte de uma região de temperatura

mais alta para outra de temperatura mais baixa, quanto a definição específica do processo de

transmissão de calor por Condução: “...em contato físico direto.”. Portanto, a transmissão de

calor por Condução ocorre quando corpos em diferentes temperaturas estão literalmente

“encostados” um no outro. A energia (calor) do corpo de temperatura mais alta agita as

moléculas do corpo de temperatura mais baixa, fazendo com que a energia cinética média das

moléculas deste último se eleve, aumentando, assim, sua energia interna. Conseqüentemente,

a temperatura do corpo que está “recebendo” a energia em forma de calor se eleva até o estado

de equilíbrio. Para ilustrar este fenômeno, imaginase

um bule com água fervendo ao fogão. O

fogo aquece o bule, o qual, por condução, aquece a parcela de líquido que está em contato

direto com o mesmo. Esta transmissão de calor por condução é a única maneira de que o calor

pode ser transmitido entre corpos sólidos opacos. Já em meios líquidos, a condução também

apresenta grande importância, embora esteja, quase sempre, relacionada com outros meios

de transmissão de calor.

Segundo definição do cientista francês J.B.J. Fourier, em 1882, a quantidade de

calor transmitida por condução segue a seguinte lei:

qk =− k ∙ A ∙ dx

dT

Na formulação acima, k representa a condutividade térmica do material, A

representa a área da seção através da qual o calor flui por condução (medida

perpendicularmente à direção do fluxo), e dT/dx representa o gradiente de temperatura na

seção. Nesta formulação, tomase

como convenção a direção de aumento na coordenada x

como fluxo positivo de calor. Sabendose

que, pela segunda lei da termodinâmica, o calor

flui da região de maior temperatura para a região de menor temperatura, devese

adotar o

sinal negativo para o produto acima, conforme mostra a equação.

Como se pode observar pelo balanço de unidades da fórmula acima, qk é medido

em quantidade de calor por unidade de tempo. Usualmente, esta grandeza é expressa em

kilocalorias por hora, ou kcal/h.

O valor da condutividade térmica varia de aproximadamente 6×10 kcal/hmC, para os gases, até

, para o cobre. Os materiais que têm alta condutibilidade térmica 3, 6 × 102 kcal são chamados

h∙m∙C

condutores, enquanto os de baixa condutibilidade são chamados isolantes.

Aplicando a fórmula acima a uma parede plana, em regime permanente, podese

facilmente chegar ao seguinte resultado:

qk = A ∙ k ∙ L

ΔT

Onde L é a espessura da parede.

Dividindo os dois termos pelo fator A ∙ k , teremos que a quantidade de calor

transmitida por unidade de tempo será igual à diferença de temperatura entre os dois lados

da parede, sobre o fator L . A este último fator, dáse

o nome de Resistência Térmica à

A.K

Condução.