Resumo sobre Transferência de calor ( inclui paredes planas )

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TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONDUÇÃO EM PAREDES PLANAS.

O QUE É E COMO OCORRE O FLUXO TÉRMICO?

Transferência de Calor (ou Calor) é energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura (Δ T). Sempre que houver diferença de temperatura entre dois pontos ocorrerá transferência de calor.

O calor se propagará sempre do corpo com temperatura 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.

Exemplo: Se a figura abaixo representa uma parede:

Calor é, portanto, um fenômeno transitório, que cessa quando não existe mais diferença de temperatura. Se a diferença for mantida o fluxo (q) é constante.

Os diferentes processos de transferência de calor são referidos como; mecanismos de transferência de calor.

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Como calcular a condutividade em paredes planas?

No dia-a-dia é utilizada a fórmula reduzida de curier

Utilizando a formula abaixo é possível saber qual o fluxo térmico:

EXEMPLO DE APLICAÇÃO DA FORMULA:

Deseja-se determinar qual o fluxo térmico das paredes de um tubo de aço com formato retangular, 3 cm 4 cm e 4 m as parede tem 3 mm de espessura e sabe-se que o aço tem condutividade térmica de (k=40 kcal/h.m.ºC). No interior há água aquecida á 80 ºC mesma temperatura da superfície interna e a temperatura da parede externa é de 60ºC.

Formula:

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1º Passo: Levantamento dos dados utilizados:

2º passo: Substituir os valores na formula:

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Como calcular- condutividade- paredes planas em série?

Calculo do fluxo térmico em paredes de diferentes espessuras com material de resistividade térmica diferentes, em série.

Esse tipo de calculo se torna fácil decorrente da similaridade entre a resistividade térmica e elétrica.

Onde: Na eletricidade a correte elétrica é igual a diferença de potencial dividido pela resistência total do circuito.

Onde: I= correte elétrica, E= tensão elétrica e R= resistência elétrica.

Note que há uma similaridade pra o fluxo térmico:

Onde: q= fluxo térmico, T= temperatura e R= resistividade térmica.

Delta T é igual a variação de temperatura onde se deseja calcular o fluxo. Ex. de T1para T2.

Obs. A resistência ao fluxo pode ser de uma parede, ou mais e elas podem estar em série, paralelas ou mista.

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Para paredes em série:

O fluxo é diretamente proporcional à diferença de temperatura e inversamente proporcional à somatória das resistências.

Assim como na eletricidade a resistência elétrica, a resistência térmica para paredes em série é igual a somatória das resistências.

Rt =R1+R2=R3...

Portanto, para o caso geral em que temos uma associação de paredes n planas associadas em série o fluxo de calor é dado por :

q̇=(ΔT )totalRt

, onde R t=∑i=1

n

Ri=R1+R2+¿⋅¿+Rn

FLUXO DE CALOR SARA PAREDES EMPARALELO:

É usada a mesma formula para o calculo do fluxo;

Assim como na eletricidade para se determinar a resistência total em paralelo calcula-se a resistência individua das superfícies e utiliza-se a formula :

Se a temperatura nas superfícies interna e externa são mantidas (fluxo constante) e conhecida, de um lado e a um sorvedouro de calor do outro lado, também de temperatura constante e conhecida, do outro lado.

O fluxo de calor total é a soma dos fluxos por cada parede individual.

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O fluxo de calor que atravessa a parede composta pode ser obtido em cada uma das paredes planas individualmente :

O fluxo de calor total é igual a soma dos fluxos da equação 3.14 :

q̇=q̇1+q̇2=[ k1 . A1

L1

.(T 1−T2 )]+[ k 2. A2

L2

.(T 1−T 2 )]=[ k 1. A1

L1

+k2 . A2

L2] .(T 1−T 2 )

A partir da definição de resistência térmica para parede plana temos que :

Ou seja:

q̇=[ 1R1

+ 1R2 ] .(T1−T 2)=

(T1−T 2)Rt

onde, 1R t

= 1R1

+ 1R2

Portanto, para o caso geral em que temos uma associação de n paredes planas associadas em paralelo o fluxo de calor é dado por :

q̇=(ΔT )totalRt

, onde1Rt

=∑i=1

n1Ri

= 1R1

+ 1R2

+¿⋅¿+ 1Rn

Sabe-se que a propagação em superfícies plana tem efeito bidirecional, porem para efeito de cálculo adota-se condições unidimensionais. Entretanto, a medida que a diferença entre as condutividades térmicas das paredes do material isolante é muito grande, os efeitos bidimensionais são maiores, dependendo da exigência relativa a aplicação deve ser levado em considerações.

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