TRANSMISSÃO DE CALOR POR RADIAÇÃO

CEFET/SC

UNIDADE DE SÃO JOSÉ

CURSO TÉCNICO DE REFRIGERAÇÃO E CONDICIONAMENTO DE AR

TRANFERÊNCIA DE CALOR (TCL)

Volume IV

Prof. Carlos Boabaid Neto

ÍNDICE

Página

CAPÍTULO 5 - TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR RADIAÇÃO 03

5.1 - A transmissão de calor por radiação 03

5.2 - Cálculo da transferência de calor por radiação 05

5.3 - Blindagem de radiação 13

5.4 - O coeficiente de transferência de calor por radiação 13

5.5 - Efeito da radiação nas medições de temperatura 15

5.6- Radiação solar 16

Exercícios 17

CAPÍTULO 5 - TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR RADIAÇÃO

5.1 - A TRANSMISSÃO DE CALOR POR RADIAÇÃO.

5.1.1 - Fundamentos físicos

Na praia, em um dia de Sol intenso, pode-se sentir claramente o quanto o Sol aquece a Terra. Sabemos que a distância entre a Terra e o Sol é muito grande, cerca de 150.000.000 (150 milhões) de quilômetros. Entre a Terra e o Sol praticamente não existe matéria: o espaço é um vácuo quase perfeito. Mesmo assim, o calor gerado no Sol chega até nós. Essa transmissão de energia se dá por meio de ondas eletromagnéticas, mais especificamente, através da Radiação Térmica. A radiação térmica é apenas um dos tipos de radiação eletromagnética.

Espectro eletromagnético. As ondas eletromagnéticas são uma manifestação de energia, mais precisamente, uma manifestação de transmissão de energia. Por exemplo, ondas de rádio e televisão, raios X, etc. Os vários "tipos" de ondas estão relacionados com o comprimento dessa onda, como se pode ver pelo espectro eletromagnético mostrado na Figura 5.1.

Para uma radiação se propagando através de um determinado meio, a relação entre o comprimento de onda (*)e sua frequência (f) é dado pela equação:

onde a constante c representa a velocidade de propagação da luz nesse meio. Para o vácuo, c vale 2,998 x 108 m/s.

Os comprimentos de onda pequenos, como os raios gama, raios X e radiação ultravioleta (UV), são muito energéticas, e muito utilizadas em física e energia nuclear. As ondas de grande comprimento, como as ondas de rádio, também conhecidas de microondas, são de interesse da engenharia eletrônica, e muito utilizadas para transmissão de rádio e TV, e também para comunicação via satélite. Essas ondas são menos energéticas.

No entanto, é a porção intermediária do espectro, que vai de aproximadamente 0,1 a 100 *m, e que inclui uma parcela da radiação ultravioleta (UV), todo o espectro de radiação (luz) visível (0,35 a 0,75 *m) e todo o espectro de radiação infravermelha (IR), e que é conhecida como Radiação Térmica, a parcela que interessa à Transmissão de Calor.

Radiação Térmica. É a radiação eletromagnética emitida pela matéria em função de sua temperatura.

Neste momento, radiação térmica está sendo emitida por toda matéria que está a sua volta: as paredes da sala, os móveis, o próprio ar ambiente, outras pessoas. De fato, todas as formas de matéria emitem radiação.

O mecanismo físico responsável por esta emissão de energia está relacionado com as oscilações e transições (alterações de posição) dos elétrons que constituem a matéria. Estas oscilações, por sua vez, são mantidas pela energia interna, e em consequência, pela temperatura da matéria. Quanto maior a temperatura, maior o nível de oscilações dos elétrons, e maior a energia emitida na forma de radiação térmica.

Figura 5.1 - Espectro da radiação eletromagnética

5.1.2 - Definição

Do exposto anteriormente, vem então a definição:

A transmissão de calor por radiação é a transferência de calor por intermédio de ondas eletromagnéticas (radiação).

Duas conclusões muito importantes são tiradas:

* ao contrário da condução e convecção, não há necessidade de um meio material para ocorrer a transferência de calor por radiação; esta pode ocorrer até mesmo no vácuo;

* qualquer corpo emite calor por radiação; quanto mais quente estiver o corpo, maior a quantidade de calor emitida por ele;

5.1.3 - Propriedades dos materiais em relação à radiação

Quando uma energia radiante atinge a superfície de um corpo, parte da energia total é refletida, parte é absorvida, e parte é transmitida através do corpo (ver Figura 5.2).

Considerando:

* - fração de energia refletida (refletividade)

* - fração de energia absorvida (absortividade)

* - fração de energia transmitida através do corpo (transmissividade)

Figura 5.2 - Comportamento dos materiais em relação à radiação

Aplicando o princípio da conservação da energia, tem-se que:

A refletividade, absortividade e a transmissividade são propriedades térmicas dos materiais.

A maioria dos corpos sólidos não transmitem radiação térmica (são opacos à esta radiação). Sendo assim, para muitos problemas aplicados, a transmissividade pode ser considerada igual a zero (* = 0). Assim,

(5.1)

5.2