Termodinâmica 4

Prévia do material em texto

• Não existe abono de faltas. 
 
• O aluno não poderá faltar mais do que 25% das aulas. Neste percentual estão incluídas eventuais 
doenças, pequenas cirurgias, lutos e imprevistos pessoais e profissionais. 
 
• O professor não tem autorização para abonar faltas. 
 
• Os alunos só recebem presença se estiverem em sala de aula no dia/horário que estão matriculados. 
 
• Merecerão tratamento excepcional, relacionado à frequência obrigatória às aulas, os alunos amparados 
pelo Regime Especial. 
 
 
 
FREQUÊNCIA DO ALUNO 
Regime Especial: 
Têm direito ao regime especial: 
 
1. Alunos portadores de afecções congênitas ou adquiridas, infecções, traumatismo ou outras 
condições mórbidas, determinando distúrbios agudos, desde que superiores a 15 dias. 
2. Gestantes a partir do oitavo mês de gestação, concedido tal benefício pelo prazo de 90 dias. 
3. Militares na ativa em serviço da nação. 
 
Compete ao aluno: 
• Fazer requerimento solicitando o benefício na Central de Atendimento da UVA , em até 5 dias úteis 
após o início da doença ou contados a partir do primeiro dia de afastamento. 
• Outras informações na Central de Atendimento. 
MECANISMOS DE TRANSFERÊ̂NCIA DE CALOR 
O calor como é uma forma de energia que pode ser transferida de um sistema 
para outro como resultado da diferença de temperatura 
A análise termodinâmica trata da quantidade de calor transferido quando um 
sistema passa de um estado de equilíbrio para outro. 
A ciência que se preocupa com a determinação das taxas de transferências de 
energia é a transferência de calor. 
O calor pode ser transferido de três diferentes modos: 
 condução, 
 convecção, 
 radiação. 
Todos os modos de transferência de calor exigem a existência da diferença de 
temperatura e todos ocorrem da maior para a menor temperatura. 
As leis básicas de transferência de calor são: 
 
• A Lei de Fourier, que caracteriza a transferência de calor por condução; 
• A Lei de Resfriamento de Newton, que determina a quantidade de calor 
transferido por convecção; e 
• A Lei de Stephan–Boltzman, que serve para a determinação do calor 
transferido por radiação 
Convecção 
A convecção é o modo de transferência de calor ocorrida entre a superfície sólida e 
o fluido (líquido ou gás) adjacente que está em movimento. 
 
Convecção forçada: Quando o fluido e impulsionado pela ação de um ventilador 
ou de uma bomba. 
 
Convecção natural ou convecção livre : Quando o escoamento e produzido pela 
existência de uma diferença de densidade provocada por uma expansão térmica, 
como a ascensão do ar quente. 
A transferência de calor por convecção é um processo muito complexo. 
A pesar da complexidade, observa-se que a taxa de transferência de calor por 
convecção é proporcional à diferença de temperatura: 
 𝐿𝑒𝑖 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑠𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛 𝑸 = 𝒉 𝑨𝒔(𝑻𝒔 − 𝑻∞) 
 
h (W/m2. K ≡ W/m2. oC): coeficiente de transferência de calor por convecção. 𝑨𝒔 (m2): área da superfície por meio da qual a transferência de calor por convecção 
ocorre. 𝑻𝒔: Temperatura da superfície (na superfície, a temperatura do fluido é igual a 
temperatura da superfície sólida). 𝑻∞: Temperatura do fluido suficientemente longe da superfície. 
Radiação é a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas, 
como a luz visível, a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta. 
Radiação 
A taxa de radiação de energia de uma superfície é proporcional à área A da 
superfície e a quarta potência da temperatura absoluta (Kelvin) T. 
Essa taxa também depende da natureza da superfície; essa dependência e descrita 
por uma grandeza 𝜺, denominada emissividade. 𝑸 = 𝑨 𝜺 𝝈 𝑻𝟒 Lei de Stefan-Boltzmann 𝝈 = 5,67037 × 10-8 W/(m2 ∙ K4) 
A emissividade 𝜺 é um número sem dimensões compreendido entre 0 e 1, e 
representa a razão entre a taxa de radiação de uma superfície particular e a taxa de 
radiação de uma superfície de um corpo ideal com as mesmas área e temperatura. 
Radiação e absorção 
Enquanto um corpo com temperatura absoluta T está irradiando, o ambiente que está 
a uma temperatura Ts também está irradiando, e o corpo absorve parte dessa radiação. 
A taxa de radiação resultante de um corpo a uma temperatura T imerso em um 
ambiente que está a uma temperatura Ts é: 𝑸 = 𝑨 𝜺 𝝈 (𝑻𝟒 − 𝑻𝒔𝟒) 
CONDUC ̧A ̃O 
Condução é a transferência de energia das partículas mais energéticas de 
uma substância para partículas vizinhas adjacentes menos energéticas, como 
resultado da interação entre elas. 
 
A condução pode ocorrer em sólidos, líquidos ou gases. 
A taxa de condução de calor por um meio depende da geometria, 
da espessura, do tipo de material e da diferença de temperatura a 
que o meio está submetido. 
Taxa de condução de calor 𝑄 ∝ (Área)(Diferença de temperatura) Espessura 
Experimentos têm mostrado que a taxa de transferência de 
calor 𝑄 através da parede dobra quando a diferença de 
temperatura ΔT ou a área A normal em direção da 
transferência de calor é dobrada, mas é ́ reduzida à metade 
quando a espessura da parede L é dobrada. 
Lei de Fourier da condução de calor 
 k a condutividade térmica do material. 
A área de transferência de calor. 
A é sempre normal à direção da transferência de calor. 
Taxa de condução de calor ∝ (A ́rea)(Diferenc ̧a de temperatura) Distância entre o lado e o quente lado frio 
𝑄 = 𝑘𝐴𝑇𝑄 − 𝑇𝐹𝐿 
lado quente lado frio 
L Distância entre o lado quente e o lado frio 
Condutividade térmica (k) 
Calor específico cp como medida da capacidade do material de armazenar calor 
(energia térmica). 
Condutividade térmica k é a medida da capacidade de um material 
conduzir calor. 
k = 0,607 W/m.K para a água 
k= 80,2 W/m.K para o ferro em temperatura ambiente, 
o que significa que o ferro conduz calor 100 vezes mais rápido do que 
a água. 
Alto valor de condutividade indica que o material é bom condutor de calor. 
Baixo valor de condutividade indica que o material é mau condutor de calor ou isolante. 
Condutividades Térmicas (k) 
Condutividade Térmica: k(T) 𝑄 = 𝑘𝐴𝑇𝑄 − 𝑇𝐹𝐿 
As superfícies interna e externa de uma 
parede de 5 x 6 m e 30 cm de espessura e 
condutividade térmica de 0,69 W/m ºC 
são mantidas às temperaturas de 20ºC e 
5ºC respectivamente. Determine o calor 
transferido pela parede. 
O telhado de uma casa com aquecimento elétrico tem 6 m 
de comprimento, 8 m de largura e 0,25 m de espessura e 
é feito de uma camada plana de concreto cuja 
condutividade térmica é k= 0,8 W/m.K. As temperaturas 
das faces interna e externa do telhado, medidas em uma 
noite, são 15 °C e 4 °C, respectivamente, durante um 
período de 10 horas. Determine 
(a) a taxa de perda de calor através do telhado naquela 
noite e 
(b) o custo dessa perda de calor para o proprietário, 
considerando que o custo da eletricidade é de 
US$ 0,08/kWh. 
Custo = (Quantidade de energia) (Custo unitário da energia) 
Uma caixa de isopor (𝑘 = 0,027𝑊/𝑚 ∙ 𝐾) possui área total 
(incluindo a tampa) igual a 0,80 m2 e a espessura de sua parede 
mede 2,0 cm. A caixa esta cheia de agua, gelo e latas de 
refrigerante a 0 °C. 
a) Qual é a taxa de fluxo de calor para o interior da caixa, se a 
temperatura da parede externa for 30 °C? 
b) Qual é a quantidade de gelo que se liquefaz em 3 horas? 
Calor de fusão do gelo 3,34 × 105𝐽/𝑘𝑔 
Uma caixa de isopor (𝑘 = 0,027𝑊/𝑚 ∙ 𝐾) possui área total 
(incluindo a tampa) igual a 0,80 m2 e a espessura de sua parede 
mede 2,0 cm. A caixa esta cheia de agua, gelo e latas de 
refrigerante a 0 °C. 
a) Qual é a taxa de fluxo de calor para o interior da caixa, se a 
temperatura da parede externa for 30 °C? 
b) Qual é a quantidade de gelo que se liquefaz em 3 horas? 
Calor de fusão do gelo 3,34 × 105𝐽/𝑘𝑔 
Em 3 horas: 𝑡 = 3(3600) = 10800𝑠 𝑄 = 𝑄𝑡 𝑄 = 32,4 𝐽𝑠 10800 𝑠 = 349920𝐽 𝑄 = 𝑚 𝐿𝑓 𝑚 = 𝑄𝐿𝑓 𝑚 = 349920𝐽3,34 × 105𝐽/𝑘𝑔 = 1,04766 𝐾𝑔 
Um equipamento condicionadorde ar deve manter uma sala, de 15 m de comprimento, 6 m 
de largura e 3 m de altura a 22oC. As paredes da sala, de 25 cm de espessura, são feitas de 
tijolos com condutividade térmica de 0,14 Kcal/h.m.oC e a área das janelas são consideradas 
desprezíveis. A face externa das paredes pode estar até a 40 oC em um dia de verão. 
Desprezando a troca de calor pelo piso e teto, que estão bem isolados, pede-se o calor a ser 
extraído da sala pelo condicionador (em HP). Dado: 1HP = 641,2 Kcal/h 
Desconsiderando a influência de janelas, a área lateral das paredes, desprezando o piso e o 
teto, é : 
Portanto a potência requerida para o condicionador de ar 
manter a sala refrigerada é 
Uma barra de aço de 10,0 cm de 
comprimento é soldada pela extremidade a 
uma barra de cobre de 20,0 cm de 
comprimento. As duas barras são 
perfeitamente isoladas em suas partes 
laterais. A seção reta das duas barras é um 
quadrado de lado igual a 2,0 cm. A 
extremidade livre da barra de aço é mantida 
a 100 °C pelo contato com vapor d’água 
obtido por ebulição, e a extremidade livre 
da barra de cobre é mantida a 0 °C por estar 
em contato com gelo. 
Calcule a temperatura na junção entre as 
duas barras e a taxa total da transferência de 
calor. 
Uma barra de aço de 10,0 cm de 
comprimento é soldada pela 
extremidade a uma barra de cobre de 
20,0 cm de comprimento. As duas 
barras são perfeitamente isoladas em 
suas partes laterais. A seção reta das 
duas barras é um quadrado de lado 
igual a 2,0 cm. A extremidade livre da 
barra de aço é mantida a 100 °C pelo 
contato com vapor d’água obtido por 
ebulição, e a extremidade livre da barra 
de cobre é mantida a 0 °C por estar em 
contato com gelo. 
Calcule a temperatura na junção entre 
as duas barras e a taxa total da 
transferência de calor. 
Uma extremidade de cada barra é mantida 
a 100 °C e a outra extremidade é mantida 
a 0 °C. A seção reta das duas barras é um 
quadrado de lado igual a 2,0 cm. Qual é a 
taxa total de transferência de calor nas 
duas barras? 
Uma extremidade de cada barra é mantida 
a 100 °C e a outra extremidade é mantida 
a 0 °C. A seção reta das duas barras é um 
quadrado de lado igual a 2,0 cm. Qual é a 
taxa total de transferência de calor nas 
duas barras?