Transferencia de Calor - Introducao

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Transferência de Calor - Introdução 
 
1111 IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntrodução 
 
1.1 O que é transferência de calor? 
a) Energia – grandeza associada à produção de um trabalho ou 
realização de uma ação: 
etimologia grega: ERGOS = Trabalho 
- movimentar um objeto; 
- deformar um objeto; 
- fazer percorrer uma corrente elétrica; etc. 
Energia pode existir em inúmeras formas: térmica, mecânica, 
cinética, potencial, elétrica, magnética, química, nuclear, sendo 
sua soma a Energia Total de um sistema (E). 
Energia relacionada à estrutura molecular de um sistema e seu 
grau de atividade é chamada Energia Interna de um sistema 
(U). 
1ª Lei da Termodinâmica → princípio da conservação da energia 
“A variação líquida da energia total de um sistema durante um 
processo é igual à diferença entre a energia total recebida e a 
energia total rejeitada pelo sistema durante o processo.” 
�������		���	
�������	 � − �
������		���	
������	�	 � = �
�	��	çã�	�		������	
���	
	��	������	 � 
����� ! − �" í! = ∆�"%&�'( 
Que na forma de taxas: 
�)���� ! − �)" í! = ��"%&�'( �� 
 
Energia não se perde, apenas se transforma. 
 
b) Temperatura → valor numérico que expressa o estado de 
agitação térmica de um corpo ou substância devido à energia 
cinética das suas moléculas, que estão em constante movimento. 
 
c) Calor → forma de energia que pode ser transferida de um 
sistema para outro como consequência da diferença de 
temperatura entre eles (Joule, em 1843). 
Transferência de Calor - Introdução 
 
- é um fenômeno transitório, que cessa quando não existe mais 
uma diferença de temperatura; 
- calor só é identificado quando cruza a fronteira de um sistema; 
- um corpo nunca contém calor, contém energia térmica. 
 
Obs.: Calor específico é definido como a energia necessária para 
aumentar a temperatura em 1° de uma unidade de massa de 
uma dada substância, podendo ser analisado à pressão constante 
(cp) ou a volume constante (cv), cuja unidade no SI é J/kg.K. 
 
d) Transferência de energia → Energia pode ser transferida de ou 
para uma dada massa por meio de 2 mecanismo: transferência 
de calor (Q) e trabalho (W). 
- caso a força motriz desta transferência de energia seja a 
diferença de temperatura ⇒ transferência de calor. 
- qualquer outro tipo de transferência ⇒ trabalho. 
 
A variação da energia interna (U) de um sólido ou líquido pode 
ser expressa por: 
∆+ = ��(é!%-∆.									[	0] 
 
e) Transferência de calor: 
- força motriz: diferença de temperatura; 
- acontece sempre do meio de maior temperatura para o de 
menor temperatura; 
- cessa quando as temperaturas se igualam → equilíbrio; 
- depende da magnitude do gradiente de temperatura ⇒ quanto 
maior o gradiente, maior a transferência. 
 
Todos os processos de transferência de calor envolvem a 
transmissão de calor e a conversão de energia, portanto, 
obedecem à 1ª e 2ª Leis da Termodinâmica. 
 
Transferência de Calor - Introdução 
 
A quantidade de calor transferido durante um determinado 
processo é denotada por Q e tem unidade de trabalho, isto é, 
Joule (J). 
Já a quantidade de calor transferido por unidade de tempo 
durante um determinado processo é denominada “taxa de 
transferência de calor”, é denotada por 	2) e tem unidade de J/s 
que é equivalente ao Watt (W). 
2 = 3 2) ��
�
4
 
 
A taxa de transferência de calor por unidade de área normal à 
direção da transferência de calor é denominada “fluxo de calor”: 
5) = 2)6 																	[7/�²] 
 
f) Termodinâmica → estuda a existência da energia em suas 
diferentes formas, as quantidades de calor transferido e os 
estados de equilíbrio dos corpos. 
 
Para a Engenharia há interesse na taxa de transferência de 
calor ao longo de processo, isto é, o tempo gasto para que uma 
quantidade específica de calor seja transferida, visando o correto 
dimensionamento de equipamentos com os mínimos custos e a 
máxima eficiência. 
 
Estes fenômenos são considerados e estudados como de “não-
equilíbrio” termodinâmico: 
- impossíveis equacionar de forma íntegra; 
- estudos baseados em hipótese, idealizações, aproximações, 
simplificações. 
 
1.2 Unidades relativas 
 
Energia tem unidade de trabalho: 
7 = : ∙ �										[< ∙ � = 0] 
Transferência de Calor - Introdução 
 
Potência é o fluxo de energia por unidade de tempo; 
= = ∆�∆� 								 [
0
� = 7] 
 
Para os vários sistemas de unidades: 
Sistema de unidades Força Energia Potência 
Internacional (SI) N N.m=J J/s=W 
Inglês lbf lbf.ft=Btu Btu/h 
Técnico kgf kgf.m=kcal Kcal/h 
 
- J → Joule 
- Btu → Britsh Thermal Unit 
- kcal → quilocalorias 
- W → Watt 
Sendo: 
- 1Btu → energia necessária para elevar a temperatura de 1lbm 
de água a 60°F em 1°F; 
- 1 cal →	energia necessária para elevar a temperatura de 1g de 
água a 14,5°C em 1°C. 
 
Fatores de conversão: 
- 1 Btu = 1,055056 kJ 
- 1 cal = 4,1868 J 
- 1 Btu = 251,9958 cal 
1 hp = 746 W 
1 cv = 735,5 W 
- 1 hp = 1,0138 cv 
 
1.3 Como acontece? 
 
O calor pode ser transferido de um corpo a outro de três diferentes 
modos, que são chamados mecanismos de transferência de calor. 
São eles: 
- Condução; 
- Convecção ou advecção; 
- Radiação ou Irradiação. 
 
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