Aula 2

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Transferência de Calor - Introdução 
1 Introdução 
 
1.1 O que é transferência de calor? 
Vamos rever alguns conceitos fundamentais: 
 
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. 
 
Transferência de Calor - Introdução 
c) Calor → “Forma de energia que pode ser transferida de um sistema para outro 
como consequência da diferença de temperatura entre eles”. Definição descrita 
por Joule, em 1843. 
- 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 mecanismos: transferência de calor (Q) e trabalho (W). 
 
- caso a força motriz desta transferência de energia seja a diferença de 
temperatura ⇒ transferência de calor (Q); 
- qualquer outro tipo de transferência ⇒ trabalho (W). 
 
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. 
 
A quantidade de calor transferido durante um determinado processo é denotada 
por Q e tem unidade de trabalho, isto é, Joule (J). 
 
& = �
∆(									�)										& = �*											[	,	] 
Podendo ser por variação de temperatura ou por mudança de fase. 
Transferência de Calor - Introdução 
Já a quantidade de calor transferido por unidade de tempo durante um 
determinado processo é denominada “taxa de transferência de calor”, é denotada 
por &% e tem unidade de J/s, que é equivalente ao Watt (W). 
 
& = . &% �
�
/
											[0] 
&% = �% 
∆(										�)										&% = �% *										[0] 
 
A taxa de transferência de calor por unidade de área normal à direção da 
transferência de calor é denominada “fluxo de calor”: 
 
1% = &%2 										[0/�²] 
 
f) Termodinâmica → estuda a existência da energia em suas diferentes formas, as 
quantidades de calor transferido e os estados de equilíbrio dos corpos. 
 
g) Engenharia → para a Engenharia, além dos conhecimentos adquiridos na 
Termodinâmica, há interesse na taxa de transferência de calor ao longo de 
processo, isto é, no 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: 
 
0 = 5 ∙ �								[7 ∙ � = ,] 
 
Potência é a variação da energia por unidade de tempo; 
 
8 = ∆�∆
 										[,/� = 0] 
 
Para os vários sistemas de unidades: 
Transferência de Calor - Introdução 
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 
 
Nomenclatura: 
- J → Joule 
- Btu → Britsh Thermal Unit 
- kcal → quilocalorias 
- W → Watt 
Sendo: 
- 1 Btu → 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 e/ou Advecção; 
- Radiação e/ou Irradiação.