Troca de calor

FENÔMENOS DOS TRANSPORTES

O processo de transporte é caracterizado pela tendênciaao equilíbrio, que é uma condição onde não ocorre

nenhuma variação. Os fatos comuns a todos processos de transporte são :

A Força Motriz O movimento no sentido do equilíbrio é causado por uma diferença de potencial

O Transporte Alguma quantidade física é transferida O Meio A massa e a geometria do material onde as variações ocorrem afetam a velocidade e a

direção do processo

Como exemplos podemos citar :

• Os raios solares aquecem a superfície externa de uma parede e o processo de transferência de calorfaz com

que energia seja transferida através da parede, tendendo a um estado de equilíbrio onde a superfície interna

será tão quente quanto à externa.

• Quando um fluido está entre duas placas paralelas e uma delas se movimenta, o processo de transferência de

quantidade de movimentofaz com que as camadas de fluido adjacentes à placa se movimentem com

velocidade próxima à da placa, tendendo a um estado deequilíbrio onde a velocidade do fluido varia de Vna

superfície da placa em movimente até 0na superfície da placa estacionária.

• Uma gota de corante é colocada em recipiente com água e o processo de transferência de massafaz com que

o corante se difunda através da água, atingindo um estado de equilíbrio, facilmente detectado visualmente.

1. TRANSFERÊNCIA DE CALOR

1.1. INTRODUÇÃO

1.1.1. O QUE É e COMO SE PROCESSA?

Transferência de Calor(ou Calor) é energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura. Sempreque

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, como mostra a figura

1.1, ocorrera uma transferência de calor do corpo detemperatura mais elevada para o corpo de menor

temperatura até que haja equivalência de temperatura entre eles. Dizemos que o sistema tende a atingir o

equilíbrio térmico.

T1 T2 TT

Se T1 > T2 ÎT1> T > T2

[ figura 1.1 ]

Está implícito na definição acima queum corpo nunca contém calor, mas calor é indentificado com 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 diferentes processos de transferência de calor são referidos como mecanismos de transferência de calor.

Existem três mecanismos, que podem ser reconhecidos assim :

• Quando a transferência de energia ocorrer em um meio estacionário, que pode ser um sólido ou um fluido,

em virtude de um gradiente de temperatura, usamos o termo transferência de calor por condução. A figura

1.2 ilustra a transferência de calor por condução através de uma parede sólida submetida à uma diferença de

temperatura entre suas faces.

[ figura 1.2 ]

3

• Quando a transferência de energia ocorrer entre uma superfície e um fluidoem movimento em virtude da

diferença de temperatura entre eles, usamos o termo transferência de calor por convecção. A figura 1.3

ilustra a transferência de calor de calor por convecção quando um fluido escoa sobre uma placa aquecida.

[ figura 1.3 ]

•Quando, na ausência de um meio interveniente, existe uma troca líquida de energia (emitida na forma de

ondas eletromagnéticas) entre duas superfícies a diferentes temperaturas, usamos o termo radiação. A figura

1.4 ilustra a transferência de calor por radiação entre duas superfícies a diferentes temperaturas.

[ figura 1.4 ]

2.4. MECANISMOS COMBINADOS

Na maioria das situações práticas ocorrem ao mesmo tempo dois ou mais mecanismos de transferência de calor

atuando ao mesmo tempo. Nos problemas da engenharia, quando um dos mecanismos domina quantitativamente,

soluções aproximadas podem ser obtidasdesprezando-se todos, exceto o mecanismo dominante. Entretanto, deve

ficar entendido que variações nas condições do problemapodem fazer com que um mecanismo desprezado se

torne importante.

Como exemplo de um sistema onde ocorrem ao mesmo tempo vários mecanismo de transferência de calor

consideremos uma garrafa térmica. Neste caso, podemos ter a atuação conjunta dos seguintes mecanismos

esquematizados na figura 1.5 :

[ figura 1.5 ]

q

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