Mecanismos de Transferência de Calor: Condução, Convecção e Radiação

Introdução às Ciências Térmicas Mecanismos de Transferência de Calor Abril de 2023 Prof Fábio Esteves da Silva TERMODINÂMICA TRANSFERÊNCIA DE CALOR MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR Condução calor transferido por meio de um material sólido Deve haver uma T Convecção calor transferido de uma superfície para fluido que circula por ela Transporte de massa Deve haver uma T Radiação emissão de energia térmica por meio de ondas eletromagnéticas Não necessita de um meio material para ocorrer MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR Condução Convecção Radiação DT T2T1 TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR FLUXO DE CALOR É a quantidade de energia cedida ou recebida por unidade de tempo em um elemento simbologia q Unidades Watt Sist Internacional BTUh S Inglês 𝑞 𝑞 𝐪 𝐴 W m2 TABELA 12 Dimensões e unidades de calor e temperatura Condução de Calor Lei de Fourier 𝑞𝑘 𝑘 𝐴 𝑑𝑇 𝑑𝑥 Onde qk taxa de calor transferido por condução W k condutividade do material WmK A área da seção através da qual o calor flui por condução medida perpendicularmente à direção do fluxo m2 𝒅𝑻 𝒅𝒙 gradiente de temperatura na seção variação da temperatura na direção do fluxo Km DT T2T1 Condução em uma parede plana 𝑞𝑘 𝐴 𝑘 𝐿 𝑇𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑇𝑓𝑟𝑖𝑜 Resistência térmica 𝑹𝒕 𝐿 𝐴 𝑘 KW 𝑲𝒌 𝐴𝑘 𝐿 Condutância térmica WK 𝑞𝑘 𝑇 𝐿 𝐴 𝑘 𝒒𝒌 𝑲𝒌 𝑻𝒒𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆 𝑻𝒇𝒓𝒊𝒐 𝒒𝒌 𝑻𝒒𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆 𝑻𝒇𝒓𝒊𝒐 𝑹𝒕 Um bloco de aço com dimensões 50 x 20 x 5 cm tem duas de suas faces submetidas a uma diferença de temperatura da 100 ºC Se a condutividade média do aço é de 60 Wm2k calcule em qual configuração de montagem obtémse a maior taxa de transferência de calor por condução Exercício 1 Lei de Fourier CENGEL Condutividade em diferentes materiais A condutividade k térmica varia com a temperatura A condutividade k térmica varia com a temperatura A condutividade k térmica varia com a temperatura A condutividade k térmica varia com a temperatura 𝑞𝑘 𝐴 𝒌𝑨𝒗 𝐿 𝑇2 𝑇1 qk para um intervalo médio Onde 𝒌𝑨𝒗 é o valor médio para o intervalo 𝑇𝑀 𝑇1 𝑇2 2 K WmK T K T2 T1 k0 k1 Determinando a condutividade a partir de intervalos de temperatura conhecido Interpolação K WmK T K T1 T0 k0 k1 T kT 𝑘 𝑇 𝑘0 𝑘1𝑘0 𝑇1𝑇0 𝑇 𝑇0 Tabelas de Propriedades Termofísicas TABELA A1 Propriedades termofísicas de sólidos metálicos selecionados TABELA A1 Continuação TABELA A1 Continuação TABELA A1 Continuação TABELA A2 Propriedades termofísicas de sólidos nãometálicos selecionadosa TABELA A2 Continuação Observando a tabela acima determine a qual é o gás que tem a maior condutividade e em qual temperatura ele se encontra b Sabendo que a condutividade do ar é 0026 Wm2K determine qual é gás que possui a menor condutividade qual é este valor e em qual temperatura ele se encontra Exercício 2 FIGURA 16 Variação da condutividade térmica k Wm K Massa Específica kgm³ Condutividade Térmica k Wm K Calor Específico cp Jkg K Massa Específica kgm³ Condutividade Térmica k Wm K Calor Específico cp Jkg K É sabido que a condutividade de um material muda conforme o aumento ou diminuição da temperatura De uma tabela de propriedade dos sólidos para elementos metálicos obtemos as seguintes informações dadas abaixo Determine a condutividade quanto o material encontrase a 40 ºC Temperatura kelvin Condutividade Térmica WmK 200 K 413 400 K 392 600 K 383 800 K 371 1000 K 357 1200 K 342 𝑘 𝑇 𝑘0 𝑘1𝑘0 𝑇1𝑇0 𝑇 𝑇0 Interpolação linear Exercício 3