Transferência de Calor

17/05/2016
Transferência de Calor
Introdução & Mecanismos
• Material adaptado da
Profª Tânia R. de Souza de 2014/1.
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DEFINIÇÕES INICIAIS
Energia
“Capacidade de realizar trabalho”.
Formas de energia
- Cinética (movim. macroscópico, térmica etc)
- Potencial (elétrica, gravitacional, elástica etc)
Matéria
“Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço.”
Principais estados da matéria
Sólido, Líquido e gasoso.
PRINCIPAIS ESTADOS DA MATÉRIA
Sólido
 Forma rígida;
Líquido
 Forma indefinida;
 Arranjo compacto, ordenado;
 Volume definido;
 Movimento
molecular
restrito.
Gás
 Arranjo desordenado;
 Volume definido;
 Partículas movem-se
umas entre as outras.
 Forma indefinida;
 Arranjo
totalmente
desordenado;
 Volume indefinido;
 Partículas livres para
se moverem.
Aquece
  
Aquece
  
 
 
Re sfria
Re sfria
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CALOR
Calor:
“Calor é a energia térmica em trânsito, devido a uma diferença de
temperatura entre os corpos”.
Há transferência líquida de calor, espontaneamente, do corpo mais
quente para o corpo mais frio.
UNIDADES DE MEDIDA DE CALOR
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CONVENÇÃO PARA A TROCA DE CALOR
TROCA DE CALOR
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O que ocorre com a temperatura de um
corpo quando se transfere calor a ele?
CALOR SENSÍVEL
Quando o calor é utilizado pela substância apenas para variar
sua temperatura, sem alterar seu estado físico.
Ex.: aquecimento da água numa panela antes da fervura.
Q = C DT = m c DT
Q = quantidade de calor trocado [J, cal, kcal, BTU etc];
C = capacidade calorífica do corpo [J/ºC];
m = massa do corpo [g, kg];
c = calor específico da substância [J/(kg ºC)];
DT = variação da temperatura (Tfinal - Tinicial) [K, ºC].
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CALOR LATENTE
Quando o calor trocado é
utilizado pela substância
para mudar de estado
físico, sem variação de
temperatura
e
sob
pressão constante, ele é
chamado
de
calor
latente.
Ex.: fornecimento de
calor à água fervente.
CÁLCULO DO CALOR LATENTE
Q = m.L
Q = quantidade de calor trocado [J, cal, kcal, BTU];
m = massa do corpo [g, kg];
L = calor latente em kJ/kg ou cal/g.
Usaremos:
Lf - para calor latente de fusão.
Lv - para calor latente de vaporização.
Ls - para calor latente de solidificação.
Lc - para calor latente de condensação.
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FLUXO DE CALOR
Velocidade  Taxa de calor
𝑞
= 𝑞"
𝐴
No SI, a taxa de calor (q) é dado em J/s ou W.
No SI, o fluxo de calor (q”) é dado em W/m².
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
 Condução
 Convecção
 Radiação
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CONDUÇÃO DE CALOR
 Transferência de energia de partículas mais energéticas
partículas menos energéticas por contato direto.
para
 Necessita obrigatoriamente de meio material para se propagar.
 Característico de meios estacionários.
CONDUÇÃO DE CALOR
Condução de calor ao longo de uma barra.
T1 > T2
Condução de calor ao longo de gás confinado.
A transferência de calor ocorre, partícula a partícula, somente através da
agitação molecular e dos choques entre as moléculas do meio.
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FLUXO DE CALOR NA CONDUÇÃO
𝑞𝑐𝑜𝑛𝑑
𝑑𝑇
=𝑘⋅𝐴
𝑑𝑥
CONVECÇÃO DE CALOR

Transmissão
através
da
agitação
molecular
e
do
movimento do próprio meio ou de partes deste meio;

Movimento de partículas mais energéticas por entre
partículas menos energéticas;

É o transporte de calor típico dos meios fluidos.
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CONVECÇÃO DE CALOR
(a)
(b)
(b)
(a)
FLUXO DE CALOR NA CONVECÇÃO
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COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA
CONVECTIVA DE CALOR - h
IRRADIAÇÃO OU RADIAÇÃO TÉRMICA
 Toda a matéria que se encontra a uma temperatura
acima do Zero Absoluto (0 K) irradia energia térmica.
 Não necessita de meio material para ocorrer, pois a
energia
é
transportada
por
meio
de
ondas
eletromagnéticas.
 É mais eficiente quando ocorre no vácuo.
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IRRADIAÇÃO OU RADIAÇÃO TÉRMICA
IRRADIAÇÃO OU RADIAÇÃO TÉRMICA
Troca por radiação térmica: (a) em uma superfície e
(b) entre uma superfície e uma grande vizinhança.
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FLUXO DE CALOR NA RADIAÇÃO
FLUXO DE CALOR NA RADIAÇÃO
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FLUXO DE CALOR NA RADIAÇÃO
FLUXO DE CALOR NA RADIAÇÃO
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Balanço de Energia em uma Superfície
.
.
Eent – Esai = 0
” – qconv
” – qrad
” =0
qcond
Resumo de processos de transferência de calor
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