Aula 4 TC (2)

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 Profª. Mikele Cândida Sousa de Sant’Anna
Aula 1. Transferência de Calor
1. Radiação
Radiação é a energia emitida pela matéria sob a forma de ondas
eletromagnéticas (ou fótons) como resultado das mudanças nas configuração
eletrônicas de átomos ou moléculas.
Ao contrário da condução e da convecção, a TC por radiação não exige a
presença de um meio interveniente.
A TC por radiação é muito rápida (na velocidade da luz) e não sofre atenuação
no vácuo.
Essa é a forma como a energia do Sol atinge a Terra.
1. Radiação
Em estudos de TC, estamos interessados em radiação térmica, que é a forma de
radiação emitida pelos corpos por causa de sua temperatura.
Ela difere de outras formas de radiação eletromagnética, como raios X, raios
gama, micro-ondas e ondas de rádio e televisão, que não estão relacionadas com
a temperatura.
Todos os corpos a uma temperatura superior ao zero absoluto emitem radiação
térmica.
1. Radiação
A radiação é um fenômeno volumétrico, e todos os sólidos, líquidos e gases
emitem, absorvem ou transmitem radiação em diferentes graus.
A radiação é geralmente considerada um fenômeno superficial para os sólidos
opacos à radiação térmica, como metais, madeira e rochas, uma vez que a
radiação emitida pelas regiões do interior desses materiais não chegam à
superfície;
A radiação incidente sobre esses corpos normalmente é absorvida por alguns
mícrons a partir da superfície.
1. Radiação
A taxa máxima de radiação que pode ser emitida de uma superfície na
temperatura termodinâmica Ts (em K ou R) é dada pela Lei de Stefan-Boltzmann
da radiação térmica.
A superfície idealizada que emite radiação a essa taxa máxima é chamada de
corpo negro, e a radiação emitida por um corpo negro é denominada radiação de
corpo negro.
4
max, ssemit TAQ 
(W)
 .RBtu/h.pé x101714,0
 K W/m x10670,5
428-
428-




Constante de Stefan-Boltzmann
1. Radiação
A radiação emitida por todas as superfícies reais é
menor do que a emitida por um corpo negro com a
mesma temperatura, expressa como:
Onde a é a emissividade da superfície.
A propriedade emissividade, cujo valor está na faixa
de é a medida de quanto uma superfície
aproxima-se do comportamento de um corpo negro,
para o qual .
4
ssemit TAQ 
10  1
1. Radiação
Absortividade, α, é a fração de energia de radiação incidente sobre a
superfície que a absorve.
Assim como emissividade, seu valor está na faixa 0 ≤ α ≤ 1.
Um corpo negro absorve toda a radiação incidente sobre ele. Isto é um corpo
negro é um perfeito absorvedor (α =1) e um perfeito emissor.
Em geral, tanto ɛ quanto α de uma superfície dependem da temperatura e do
comprimento de onda da radiação.
A lei de Kirchhoff do estado de radiação indica que a emissividade e a
absortividade de uma superfície a uma determinada temperatura e comprimento
de onda são iguais.
1. Radiação
Em muitas aplicações práticas, a temperatura superficial e a temperatura da
fonte de radiação incidente são da mesma ordem de grandeza, e a absortividade
média de uma superfície é igual à sua emissividade média.
é a taxa de radiação incidente na superfície e α a
absortividade da superfície. Para superfícies opacas (não transparentes), a porção
da radiação incidente não absorvida pela superfície é refletida de volta.
incabs QQ
 
(W)
incidenteQ

1. Radiação
A diferença entre as taxas de radiação emitida pela superfície e de
radiação absorvida é a TC líquida por radiação.
Se a taxa de absorção de radiação é maior do que a taxa de emissão da
radiação, a superfície está ganhando energia por radiação.
Caso contrário, a superfície está perdendo energia por radiação.
A determinação da taxa líquida de TC por radiação entre duas superfícies
depende das propriedades das superfícies, das orientações de uma em
relação ás outras e da interação no meio entre as superfícies com
radiação.
1. Radiação
Quando uma superfície de emissividade ɛ e área superficial As a uma
temperatura termodinâmica Ts é completamente delimitada por superfície maior
(ou preta) a uma temperatura termodinâmica Tcir separadas por um gás (como o
ar) que não intervém na radiação, a taxa líquida de TC por radiação entre essas
duas superfícies é dada por:
)( 44 cirssrad TTAQ  
Nesse caso especifico, emissividade e área
da superfície envolvente não têm nenhum
efeito sobre a TC líquida por radiação.
2. Mecanismos simultâneos de TC
A transferência de radiação de calor de ou para uma superfície cercada
de gás, como o ar, ocorre paralelamente por condução (ou convecção,
se houver um movimento da massa de gás) entre a superfície e o gás.
Assim, a transferência total de calor é determinada pela adição das
contribuições de ambos os mecanismos de TC.
Perda de calor de uma pessoa
2. Mecanismos simultâneos de TC
Referências
Çengel, Y. A. Transferência de Calor e Massa, 3ed.