atps tansferencia calor etapas 1 e 2

7/21/2019 Atps Tansferencia Calor Etapas 1 e 2.

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO

Este documento tem como objetivo apresentar o estudo realizado para a elaboração das

Atividades Praticas Supervisionadas pertinentes a matria de !rans"er#ncia de $alor%

abordando os conceitos b&sicos dos mecanismos de trans"er#ncia de calor e as

propriedades trmicas da matria em espec'"ico% isolantes trmicos(



2

Sumário

INTRODUÇÃO-Transferência de Calor 3

ETAPA 1

Passo 1 - Mecanismo de Transferência de Calor

- Cond!"#o $

- Con%ec"#o &

- Radia"#o '

Passo ( - Ta)ela Defini"#o dos Mecanismos de Transferência de Calor 11

Passo 3 * Concei+os de Isolamen+o T,rmico 1(

- Tios de Isolamen+o T,rmicos 13 1 e 1$

Concl!s#o (1

Referências )i)lio.r/ficas ((



3

1.INTRODUÇÃO A TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Este documento tem como objetivo apresentar o estudo realizado para a

elaboração das Atividades Praticas Supervisionadas pertinentes a matria de

!rans"er#ncia de $alor% abordando os conceitos b&sicos dos mecanismos de

trans"er#ncia de calor e as propriedades trmicas da matria em espec'"ico% isolantes

trmicos( Observando as vanta)ens e desvanta)em dos isolantes trmicos estudados(

2-TRANSFERÊNCIA DE CALOR

2.1- CONCEITO

* o processo de propa)ação de calor no +ual a ener)ia trmica transmitida

de part'cula para part'cula do meio% sempre do ponto de maior temperatura

para o ponto de menor temperatura( O calor pode ser transmitido% trans"erido ou

propa)ado por tr#s tipos de processos,

Processos:

i. Cond!"o#

ii. Con$ec!"o#

iii. R%di%!"o&Irr%di%!"o.



4

'. (ECANIS(OS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

O estudo de trans"er#ncia de calor consiste em analisar os e"eitos da transmissão

de ener)ia em "orma de calor% dentre os e"eitos ressalta-se a variação da ta.a temporal

de transmissão de calor% vari&vel não considerada na !ermodin/mica( E.istem tr#s

mecanismos con0ecidos para trans"er#ncia de calor, condução% convecção e radiação1

con"orme poss'vel ser analisado atravs das 2i)uras descrito abai.o(

Fi)r% 1 - Cond!"o A*r%$+s de , Sido o F/do Es*%cion0rio

Fi)r% 2 - Con$ec!"o de ,% Ser/cie %r% , F/do e, (o$i,en*o



5

Fi)r% ' - Troc% L/3id% de C%or or R%di%!"o en*re d%s Ser/cies

4.CONDUÇÃO

A $O34U56O ocorre dentro de uma subst/ncia ou entre subst/ncias +ue estão

em contato "'sico direto( 3a condução a ener)ia cintica dos &tomos e das molculas

7isto c0amado de calor8% trans"erida por colis9es entre &tomos e molculas vizin0as%

o calor "lui das temperaturas mais altas 7molculas com maior ener)ia cintica8 para as

temperaturas mais bai.as 7molculas com menor ener)ia cintica8( A capacidade das

subst/ncias para conduzir calor 7condutividade8 varia consideravelmente% de maneira

)eral os s:lidos são mel0ores condutores +ue os l'+uidos e os l'+uidos são mel0ores

condutores +ue os )ases( O processo de $O34U56O pode ser analisado atravs da

2i)ura ; - abai.o(

Figura 4 – Associação da transferência de calor

Pela <ei de 2ourier tem-se +ue, q ” x= K .dT

dx



6

Figura 5 – Transferência de calor por condução unidimensional

O "lu.o de calor 356 7=>m?8 a ta.a de trans"er#ncia de calor na direção 7 78%

por esta um unidade de &rea perpendicular @ direção de tr/nsito( $onstante de proporcionalidade uma propriedade de transporte con0ecida por Condutividade

Térmica 7=>mB8 e $aracter'stica do material da parede em estudo( E+uação da !a.a

de Emissão:

q X =q ” x . A

Se)ndo INCROPERA

8 9o ,ec%nis,o /sico d% cond!"o + ,%is

%ci,en*e e6ic%do %*r%$+s d% consider%!"o de , )0s e do so de id+i%s %,ii%res $ind%s do seconeci,en*o d% *er,odin;,ic%.5

<.CON=ECÇÃO

A $O3CE$56O somente ocorre em l'+uidos e )ases% consiste na trans"er#ncia

de calor dentro de um "lu'do atravs de movimentos do pr:prio "lu'do( O calor recebido

na camada mais bai.a da atmos"era terrestre atravs de radiação ou condução mais

"re+uentemente trans"erido por convecção( A convecção ocorre como conse+u#ncia dedi"erenças na densidade do ar( Duando o calor conduzido da super"'cie relativamente

+uente para o ar sobrejacente% este ar torna-se mais +uente +ue o ar vizin0o( $omo o ar

+uente menos denso +ue o ar "rio% o ar "rio e denso desce e "orça o ar mais +uente e

menos denso a subir( O ar mais "rio então a+uecido pela super"'cie e o processo

repetido( O processo de $O3CE$56O pode ser analisado atravs da 2i)ura - abai.o%

essas ima)ens e.empli"icam o processo% outros e.emplos podem ser observados no

"lambar de uma c0ama% em "enFmenos meteorol:)icos% em sistemas de re"ri)eração e

em um simples a+uecimento de &)ua(



7

Fi)r% > ? Desen$o$i,en*o d% c%,%d% i,i*e n% *r%nser@nci% con$ec*i$% de c%or

<.1 Con$ec!"o or!%doA convecção denominada forçada +uando o escoamento "or provocado por

meios e.ternos% como podemos observar na 72i)(G8% por e.emplo% um ventilador ouainda uma bomba(

Fi)r% ? Con$ec!"o or!%d%

<.2 Con$ec!"o Li$rePor sua vez% na convecção livre 72i)(H8% o escoamento provocado pelas "orças

de empu.o +ue se ori)inam das di"erenças de densidade do "lu'do% as +uais são

rede"inidas como uma di"usividade trmica% ou seja% di"erença de temperatura(



8

Fi)r% B ? Con$ec!"o i$re

Na convecção% o processo de trans"er#ncia de calor +uanti"icado atravs da Lei

de Newton do Resfriamento% +ue tem a "orma,

q =h( {T} rsub {1} - {T} rsub {∞} )

9INCROPERA8 A *r%nser@nci% de c%or or con$ec!"o ode serc%ssiic%d% de %cordo co, % n%*re% do esco%,en*o do /do. Reerindo-se % con$ec!"o or!%d%83%ndo o esco%,en*o + c%s%do or ,eios e6*ernos8 *%is co,o , $en*i%dor8 ,% o,%8 o$en*os %*,os+ricos5.

>. RADIAÇÃO

A RA4IA56O consiste de ondas eletroma)nticas viajando com a velocidade

da luz( $omo a radiação a nica +ue pode ocorrer no espaço vazio% esta a principal

"orma pela +ual o sistema !erra-Atmos"era recebe ener)ia do Sol e libera ener)ia para oespaço( O processo pode ser analisado atravs das e+uaç9es e 72i)(JK8% abai.o% as

ima)ens ilustram o processo de Radiação>Irradiação o +ual e.empli"ica o "enFmeno%

outros e.emplos são a propa)ação do calor do SO< e a apro.imação de um "erro

incandescente( A ener)ia do campo de radiação transportada pelas ondas

eletroma)nticas e não e.i)e um meio material para +ue ocorra% sendo mais e"iciente

+uando no v&cuo( O "lu.o m&.imo 7=>mL8 +ue pode ser emitido por uma super"'cie

radiante dado pela Lei de Stefan-Boltzmann,

En=σ T S4



9

Onde 7T s8 a temperatura absoluta 7B8 da super"'cie e a constante de Stefan-

Boltzmann G <8>.1H-B &,2.J 48( Essa super"'cie radiante ideal tambm c0amada de corpo negro. O "lu.o de calor emitido por uma super"'cie real menor +ueo emitido por um radiador ideal e dado por,

E=ε σ T S4

NOnde 7K uma propriedade radiativa da super"'cie% a emissividade( !al

+uantia% cujo valor est& entre K J% "ornece uma medida da capacidade de emissão

da ener)ia de um corpo real em comparação com um corpo ne)ro 7radiador ideal8( A

radiação tambm pode incidir sobre uma super"'cie a partir de sua vizin0ança% con"orme

72i)( Q8% abai.o( A ta.a na +ual a radiação incide sobre uma super"'cie unit&ria

desi)nada por % irradiação(

Fi)r% 1H ? Troc% r%di%*i$% en*re ,% ser/cie de e,issi$id%de K e%sor*i$id%de M % ,% *e,er%*r% Ts

A ta.a na +ual a ener)ia absorvida pela unidade de &rea super"icial pode ser

determinada mediante o con0ecimento de uma propriedade denominada absortividade

α. A ta.a na +ual a ener)ia radiante absorvida por uma super"'cie determinada por,

G abs=αG



10

$om valores na "ai.a entre K T J% a absortividade "ornece uma medida do

poder de re"le.ão ou de transmissão da ener)ia radiante não absorvida( Por outro lado%

um caso particular a+uele em +ue a super"'cie e as vizin0anças estão separadas por um

)&s +ue não tem e"eito sobre a trans"er#ncia de radiação% 72i)(JJ8(

Fi)r% 11 ? Troc% r%di%*i$% en*re ,% ser/cie e3en% e cin% e ,%)r%nde $iin%n!% iso*+r,ic%

3este caso% a irradiação pode ser apro.imada pela emissão

de um corpo ne)ro @ temperatura !viz% con"orme,

G=σ T viz

4α G=ε . σ (T S−T viz

4 )

A ta.a l'+uida de troca de radiação trmica entre a super"'cie e as suas

vizin0anças% e.pressa por unidade de &rea da super"'cie% ,

q } rsub {rad} = {{q} over {A} ε E left ({T} rsub {S} right ) -} rsub {! A}¿

Em +ue 7A8 a &rea da super"'cie% a emissividade e !viz a temperatura das

vizin0anças( Esta e.pressão "ornece a di"erença entre a ener)ia trmica +ue liberada

devido @ emissão de radiação e a+uela +ue )an0a devido @ absorção de radiação Em

muitas aplicaç9es% conveniente e.primir a troca l'+uida de radiação trmica na "orma,



11

qrad=hr . A (T S .−T viz

4 ) Em +ue,

T S .

" +T viz

"

¿hr=ε . σ (T S+T viz)¿

¿

A super"'cie imersa nas vizin0anças tambm pode trans"erir calor%

simultaneamente% por convecção para o )&s circulante( A trans"er#ncia 7ta.a8 de calor de

super"'cie então i)ual @ soma das ta.as trmicas devido aos dois modos,

q= q#o$v % q rad

ou

q=hA(T S -T ∞ )+ε σ A (T S4

−T viz

4

)

INCROPERA8 nos di8 9A r%di%!"o 3e + e,i*id% e% ser/cie*e, s% ori)e, n% ener)i% *+r,ic% d% ,%*+ri%s dei,i*%d% e% ser/cie e % *%6% n% 3%% ener)i% + ier%d% or nid%de de 0re% &, + conecid% co,o oder e,issi$o 3e +de*er,in%do e% ei de S*e%n-o*,%n5: En=σ T S

4.

T%e% H1- Deini!"o dos (ec%nis,os de Tr%nser@nci% de C%or

(odo LEI

de

(ec%nis,o E3%!"o do

6o *+r,ico

Coeicien*e

de

*r%nsor*e

CONDUÇÃO

Fourier

4i"usão de ener)ia

devido ao movimento

molecular aleat:rio

q ” x= K .dT

dx

7=>mB8

CON=ECÇÃO Newton do

Resfriamento

Acrescido da

trans"er#ncia de

ener)ia em "unção do

movimento

macrosc:pico

q ”=h (T 1−T ∞ ) 0

7=>mLB8

RADIAÇÃO

Stefan-

Boltzmann

!rans"er#ncia de

ener)ia por ondaseletroma)nticas

q=. ε . σ (T S4−T viz

4 )

qrad=hr . A (T S .−T viz

4 )

K

0r

7=>mLB8



12

. ISOLANTES TR(ICOS

Isolante trmico o nome dado a um material ou estrutura +ue di"iculta a

dissipação de calor% usado na construção e caracterizado por sua alta resist#ncia trmica(Estabelece uma barreira @ passa)em do calor entre dois meios +ue naturalmente

enderiam rapidamente a i)ualarem suas temperaturas( O mel0or isolante trmico

con0ecido o v&cuo% mas devido @ )rande di"iculdade para obter-se e manter condiç9es

de v&cuo% empre)ado em muito poucas ocasi9es% em escala( 3a pr&tica se utiliza o ar%

+ue )raças a sua bai.a condutividade trmica e um bai.o coe"iciente de absorção

da radiação% constitui um elemento muito resistente @ passa)em de calor( Por v&rias

raz9es são utilizados como isolamento trmico materiais porosos ou "ibrosos% capazesde imobilizar o ar seco e con"in&-lo no interior de clulas mais ou menos estan+ues(

Ainda +ue na maioria dos casos o )&s enclausurado seja ar comum% em isolantes de

clulas "ec0adas 7"ormados por bol0as não comunicantes entre si% como no caso

do poliuretano projetado8% o )&s utilizado como a)ente espumante o +ue "ica

"inalmente enclausurado( !ambm poss'vel utilizar outras combinaç9es de )ases

distintas% mas seu empre)o muito pouco e.tenso( & v&rios tipos de materiais s:lidos

+ue podem ser bons isolantes% isso depende da utilidade dada% a temperatura de trabal0o%ao local de instalação entre outros( Podem-se utilizar como isolantes trmicos, 4esses

isolantes pes+uisados% podemos ressaltar nove 7Q8 tipos +ue são os mais utilizados nas

indstrias1

J(<ã de roc0a1

L( 2ibra de vidro1

V( idrossilicato de c&lcio1

;( Manta de "ibra cer/mica1

( Perlita e.pandida1



13

W( Cidro celular1

G( Poliestireno e.pandido1

H( Poliestireno e.trudado1

Q( Espuma de poliuretano1

A)lomerados de cortiça% entre outros(

Cor*i!%

* o material isolante trmico de uso mais anti)o( 3ormalmente usado na "orma

de a)lomerados% "ormando painis( 4eve ser tratado contra o ata+ue de "un)os%

pois uma material or)/nico 7de ori)em biol:)ica8( Sua maior vanta)em a

inrcia trmica +ue apresenta(

L" de Roc%

A lã de roc0a um material isolante trmico% incombust'vel e imputresc'vel(

Este material se di"erencia de outros isolantes pois um material resistente ao

"o)o% com um ponto de "usão superior aos J(LKK X$(

$on"ormaç9es da <ã de Roc0a

(%n*%

Se trata de "ibras de lã de roc0a entrelaçadas( * ade+uada para isolar elementos

construtivos 0orizontais% sempre +ue seja colocada na parte superior( 3a vertical

necessita de amarramento ou o )rampos paraevitar +ue acabe embolsando na

parte in"erior do elemento e na parte in"erior de um elemento 0orizontal não

"i.ado( Podem vir normalmente prote)ida por papel ra"t% papel betumado ou

mal0a de metal leve(

P%in+is R/)idos

Se tratam de painis a)lomerados com al)uma resina ep:.i% +ue l0e con"ere uma

certa ri)idez( Serve para elementos construtivos verticais e 0orizontais pela parte

in"erior% de maneira a se obter um coe"iciente de condutividade li)eiramente

in"erior ao da manta(Co3in%s

São tubos pr-moldados com distintos di/metros e espessuras( $omo todo bom

isolante trmico% a seção deve ser escol0ida de maneira +ue "i+ue per"eitamente

ajustada @ super"'cie e.terior do conduto +ue pretende isolar(

L" de $idroDuando se tem um tel0ado de tel0as com um "orro em @ madeiramento e se

deseja isol&-lo com lã de vidro deve-se usar um produto para tal "im% +ue uma



14

lã de vidro em painis com maior densidade% 0idr:"u)o e 0i)rosc:pico( Duando

se tem um teto de "ol0a de c0apa% a lin0a de produto +ue se deve utilizar o

revestimento com uma "ol0a de alum'nio re"orçado em uma "ace para +ue atue

para o aumento da resist#ncia mec/nica% como barreira de vapor e como material

re"letivo(

L" N%*r% de O$e%

Este isolamento a versão natural e ecol:)ica dos isolamentos lanosos(

4i"erentemente da lã de roc0a ou da lã de vidro% a lã de ovel0a obtida de "orma

natural e não necessita% obviamente% de tratamento a altas temperaturas para ser

produzida( * muito resistente e um re)ulador de umidade muito e"iciente% "ato

+ue contribui enormemente no con"orto no interior das edi"icaç9es(=idro E6%ndido

Embora atualmente seja relativamente pouco usado% um material muito

interessante% devido +ue alm de um isolante trmico uma barreira de

vapor muito e"iciente% o +ue não normal nos isolantes trmicos( * constitu'do

por vidro reciclado e )eralmente colorido suavemente% pois não e.istem

problemas com a cor do produto% com o +ual "eita uma espuma a +uente%

dei.ando clulas estan+ues com )&s enclausurado% +ue atuam como meioisolante( $omo mencionado% ele "unciona ade+uadamente como uma barreira de

vapor% o +ue torna este material muito ade+uado para o isolamento de pontes

trmicas na construção% como pilares em paredes( Sua ri)idez torna-se mais

ade+uada do +ue outros isolante para cobri-lo de )esso(Poies*ireno E6%ndido EPS

O material de espuma de poliestireno% mais con0ecido em Portu)al

como Es"erovite e no Yrasil como Isopor% um isolante derivado do petr:leo e

do )&s natural do +ual se obtm o pol'mero pl&stico do estireno na "orma de

)r/nulos( Para construir um bloco de% por e.emplo% um 7J8 mZ% se incorpora num

recipiente met&lico uma certa +uantidade do material +ue tem relação com a

densidade "inal do mesmo e ao injetar vapor d[&)ua se e.pandem os )r/nulos at

"ormar um bloco( Este cortado em placas da espessura desejada para sua

comercialização mediante um arame met&lico +uente% "i)ura . abai.o% ilustra um



15

"ra)mento de Poliestireno E.pandido( 3a 7"i)(KV8 EPS(

2ra)mento de Poliestireno E.pandido 7Isopor8

Es,% cesic%

Material isolante constitu'do de espuma de celulose possui um poder isolante

trmico aceit&vel e um bom absorvedor de som( Ideal para ser aplicado pela

parte in"erior de )alp9es por ser um material JKK\ 0idr:"u)o de cor branca e

por sua rapidez ao ser colocado(Es,% de Poie*ieno

2i)ura ; ] Estrutura +u'mica do polietileno% 7$L-$L8n8

A espuma de polietileno se caracteriza por ser econFmica% 0idr:"u)a e "&cil de

ser colocada( $om respeito a seu rendimento trmico pode-se dizer +ue de

car&ter mdio( * comercializada na "orma de "ol0as% blocos ou bast9es e tubos%

j& ade+uados ao isolamento de tubulaç9es( Espuma de Polipropileno( 4evido a

limitaç9es das temperaturas nas +uais pode operar a espuma de polietileno% a

similar espuma de polipropileno pode ser empre)ada com propriedades +u'micas

similares e muito maiores resist#ncia trmica% til no isolamento de tubos de aço

em processos +u'micos industriais( * comercializada nas mesmas apresentaç9es

da espuma de polietileno% espuma de Poliuretano(



16

Es,% de Poies*ireno

B. Concs"o

A conclusão de trans"er#ncia de calor +ue a ener)ia trmica est& em tr/nsito%

ou seja% est& em constante movimentação e trans"er#ncia entre os corpos do universo(

3o entanto% para +ue ocorra trans"er#ncia de calor entre dois corpos necess&rio +ue

ambos possuam di"erentes temperaturas% pois dessa "orma% o calor ir& "luir sempre do

corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura(



17

ILIOQRFIA - DOCU(ENTOS DE REFERENCIA

Incropera>4e=itt>Yer)man><avine% 2undamentos de $alor e de Massa% WX Edição-Rio

de ^aneiro% LKJJ(

Si*e:

PRI3$_PIOS 2U34AME3!AIS 4A !RA3S2ER`3$IA 4E $A<OR

0ttps,>>docs()oo)le(com>a>aedu(com>"ile>d>KYLS^nKa!lULs=m.mDn0lU!)>Edit

4ata de Acesso KL>KQ>LKJ;

ME$A3ISMOS 4E !RA3S2ERE3$IA 4E $A<OR

0ttp,>>"isica(u"pr(br>)rimm>aposmeteo>capL>capL-Q(0tml


RA4IA56O

0ttp,>>"isicand(blo)spot(com(br>LKJK>K;>radiacao-em-"isica-radiacao-e(0tml


$O34U56O !*RMI$A

0ttp,>>()eocities(s>salade"isicaH>termolo)ia>conducao(0tml


ISO<A3!ES !*RMI$OS

0ttp,>>pt(iipedia(or)>ii>Isolantetrmicos


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