DISTRIBUIÇÃO DE TEMPERATURA EM PLACA BIDIMENSIONAL

DISTRIBUIÇÃO DE TEMPERATURA EM PLACA BIDIMENSIONAL

RESUMO: Este artigo tem a finalidade de informar e realçar a importância sobre a distribuição de temperatura nos mais diversos segmentos da indústria, além de demonstrar todos os mecanismos da transmissão de calor e os seus conceitos matemáticos. Com o auxilio de uma programação computacional desenvolvida especialmente para a elaboração dos cálculos e conhecimentos sobre sistemas algébricos, as diversas análises e comparações sobre as temperaturas registradas na placa bidimensional, feita de aço, foram realizadas com maior eficiência. Dentre os autores estão presentes BEJAN (2003) INCROPERA (2003) MALISKA (2004). A pesquisa se configura como teórica, experimental e operacional. Os resultados apontam que o profissional que aplica simulações e realiza estudos prévios, pode ter um melhor desempenho para a realização da atividade na prática e consequentemente uma melhor conclusão.

PALAVRAS-CHAVE: Transmissão de calor, Conceitos matemáticos, Temperatura, Software.

INTRODUÇÃO

Segundo a definição do dicionário Aurélio (FERREIRA, 2010), calor é a “forma de energia transferida dum sistema para outro por uma diferença de temperatura entre os dois.”. Já a explicação de INCROPERA (2003) é mais sucinta ao dizer que “calor é a energia térmica em trânsito devido a uma diferença de temperatura”. Então é possível afirmar que sempre que existir uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios diferentes, ocorre, necessariamente, transferência de calor.

A transferência de calor é fundamental e muito importante para todos os ramos da engenharia, bem como nos problemas industriais e ambientais. Como exemplo de aplicação, pode ser considerada a área de produção e conversão de energia, a geração de eletricidade (hidráulica, fusão nuclear, fóssil, geotérmica, etc.) onde existem numerosos problemas que envolvem os diversos mecanismos de transferências de calor (condução, convecção e radiação), e que estão relacionados com o projeto de caldeiras, condensadores e turbinas. Os processos de transferência de calor afetam também o desempenho de sistemas de propulsão (motores a combustão e foguetes), sistemas de aquecimento, incineradores, armazenamento de produtos criogênicos, refrigeração de equipamentos eletrônicos, sistemas de refrigeração e ar condicionado e muitos outros (BEJAN, 2004, INCROPERA, 2003).

O estudo da transferência de calor se resume em determinar a distribuição da temperatura no interior do sistema (COSTA, 2012), para o setor automobilístico é muito importante, pois devido a grande precisão de medidas de todos os componentes que formam o sistema, a constante geração de atrito e calor não deve prejudicar o sistema, portanto os componentes expostos ao calor devem ter um comportamento previamente estudado para que quando ocorra uma deformação na peça, não acabe afetando todo o resto.

Para o setor metal-mecânico, um aspecto importante é que a temperatura influencia diretamente no processo como na laminação de chapas de aço galvanizados devido à resistência do material, carga de ruptura, deformação da chapa. “O consumo de aço é crescente levando-se em consideração que, mesmo sem contabilizar todos os empreendimentos necessários para viabilizar o desenvolvimento da camada pré-sal e o aumento da produção de petróleo e gás em todo o país.”. (EXPLORAÇÃO..., 2011, p.11).

No setor náutico, o fato de corelacionar resistência térmica e resistência a preções que a água exerce sobre as chapas é um grande desafio, porém com a grande demanda dos próximos anos, inúmeras pesquisas tecnológicas vêm modernizando esse segmento. “[...] a Petrobras vai demandar quatro milhões de toneladas de aço até 2015, na forma de cascos de navio, plataformas, sondas, além de tubos e equipamentos. Isso equivale a mais de um terço da produção brasileira de aços planos.”. (EXPLORAÇÃO..., 2011, p.11).

1 TRANSFERÊNCIA DE CALOR E TEMPERATURA

Na indústria é muito comum ver alguns exemplos de distribuição de calor. “A distribuição de calor é o fenômeno que ocorre sempre que existe uma diferença de temperatura em um mesmo corpo ou entre dois corpos” (COSTA, 2012). Por isso é muito importante o estudo sobre a transferência de calor e seus meios, para que inovações possam chegar o mais rápido possível em setores que mais necessitam dessas inovações, como o setor automotivo, que constantemente está em evolução.

A transferência de calor é fundamental para todos os ramos da engenharia. Assim como o engenheiro mecânico enfrenta problemas de refrigeração de motores, de ventilação, ar condicionado, etc., o engenheiro metalúrgico não pode dispensar a transferência de calor nos problemas relacionados aos processos piro metalúrgicos e hidro metalúrgicos, ou no projeto de fornos, regeneradores, conversores, etc. (QUITES e LIA, p.7).

Esse tema tem uma ampla abordagem dos setores da indústria global. Setores como o automobilístico, náutico, aeronáutico, aeroespacial e outros que possuem sistemas mais complexos ou que utilizam algum tipo de propulsão, estão em constantes períodos de exposição ao calor ou atritos que acabam gerando o calor. Porém, esse estudo também é aplicado no dia-a-dia. Para que esses processos não venham a apresentar qualquer tipo de defeito, que em alguns casos podem ser fatais, as pesquisas sobre os processos de transferência de calor são tão importantes para as indústrias.

Os processos de transferência de calor afetam também a desempenho de sistemas de propulsão (motores a combustão e foguetes). Outros campos que necessitam de uma análise de transferência de calor são sistemas de aquecimento, incineradores, armazenamento de produtos criogênicos, refrigeração de equipamentos eletrônicos, sistemas de refrigeração e ar condicionado e muitos outros. (QUITES e LIA, p.7).

Dentro da indústria, a transferência de calor apresenta diversos problemas que podem tornar mais difícil o trabalho do profissional que estará lidando com processos que sofram influencia de temperaturas. Para solucionar esses problemas, o profissional pode seguir um procedimento sistemático, que consiste em sete passos. O primeiro é analisar todas as informações que possui do problema, achar o que deve ser corrigido, desenhar um esquema do sistema físico do problema, listar todas as hipóteses pertinentes, reunir todas as informações que precisa para realizar os cálculos, aplicar as leis de conservação e