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Condução de Calor

CEFET_BA PROFº DIÓGENES GANGHIS 1

Processos de Transferência de Calor • Condução

• Convecção • Radiação térmica

Condução

Convecção

Radiação térmica

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Condução Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas por contato direto. Necessita obrigatoriamente de meio material para se propagar. Fonte: www.terra.com.br/fisicanet

Característico de meios estacionários.

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Condução Calor

Condução de calor ao longo de uma barra.

T1 > T2

Condução de calor ao longo de gás confinado.

A transmissão 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 • “Lei de Fourier”: 

qcond

A  (T1  T2 ) k L

k é a condutividade térmica [W/(m ºC)] k (Fe a 300K) = 80,2 W/(m ºC) k (água a 300K) = 5,9 x 10-1 W/(m ºC) k (ar a 300K) = 2,6 x 10-2 W/(m ºC) 5

Condutividade Térmica de diversas substâncias

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Condução - Aplicações e conseqüências • Conforto térmico corporal; • Seleção de materiais para empregos específicos na indústria (condutores e isolantes).

Por que os iglus são feitos de gelo? k (gelo a 0ºC) = 1,88 W/(m ºC) cp (gelo a 0ºC) = 2040 J/(kg ºC)

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Processos de Transferência de Calor

Os diferentes mecanismos de troca térmica ocorrem simultaneamente nas mais diversas situações.

Trocador de Calor 8

Resistência térmica

Condução

Convecção

T T q  k  A   L L kA  q

T R

T q  h  A  T  1 h A

onde, T é o potencial térmico e R é a resistência térmica do sistema 9

Mecanismos Combinados de transferência de calor q h1. A q.L (T2  T3 )  k. A q (T3  T4 )  h2 . A  1 L 1   T1  T2  T2  T3  T3  T4  q.   h . A k . A h . A  1 2  (T1  T2 ) 

T T T T T total 1 4 1 4 q    q  1 L 1 R R R Rt   1 2 3 h . A k. A h .A 1 2

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Mecanismos Combinados de transferência de calor

q 

T total  Rt

T1  T5 T1  T5  1 L1 L2 1 Ri  Rref  Riso  Re    hi . A k1. A k 2 . A he . A

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Exercício 3 • Uma parede composta é formada por uma placa de cobre de 2,5 cm, uma camada de amianto de 3,2mm e uma camada de fibra de vidro de 5 cm. A parede é submetida a uma diferença de temperatura de 560ºC. Calcule o fluxo de calor por unidade de área através da estrutura composta

Dados Gerais Kamianto = 0,166 W/m.ºC Kcobre = 0,372 W/m.ºC kfibra vidro = 0,048 W/m.ºC kmanta de vidro = 8,6*10-5 W/m.ºC ktijolos refratários = 1.116*10-3 W/m.ºC ktijolos de caulim = 225*10-3 W/m.ºC kargamassa = 1.285*10-6 W/m.ºC Q = - k*A*T/L; Q = - T/Rtotal; Ri= Li/A*ki K – Condutividade Térmica Q = Fluxo de calor T – Temperatura R – Resistência A – Área L – Espessura

q 

T total  Rt

T1  T3 T1  T3  L1 L R1  R2  2 k1. A k 2 . A 12

Exercício 4 • Dois materiais estão em perfeito contato térmico. As distribuições de temperaturas no estado estacionário são indicadas na figura ao lado. Se a condutividade térmica do material de 3 cm de espessura é K1-2 = 0,1 W/m.ºC, calcule a condutividade térmica do material de 5 cm de espessura por K2-3. Considere a área da parede igual a 1,5m².

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Exercício 5 •

Calcule o calor transferido por unidade de área através da parede composta esquematizada abaixo. Considere o fluxo de calor unidimensional.

• • • • •

kA = 175 W/m.ºC kB = 35 W/m.ºC kC = 60 W/m.ºC kD = 80 W/m.ºC AB = AC

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