transferência de calor

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MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA 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. 
 
A transferência de energia, como calor, ocorre do meio de maior temperatura 
para o de menor temperatura e cessa quando os dois meios atingem a mesma 
temperatura 
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 
CONDUÇÃO 
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 ∝ (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 
Taxa de condução de calor ∝ (Área)(Diferença de temperatura) Espessura 
k é a condutividade térmica do material, 
que é a medida da capacidade do material de conduzir calor. 
A área de transferência de calor. 
A é sempre normal à direção da transferência de calor. 
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/mK para a água e 
k= 80,2 W/mK para o ferro em temperatura ambiente, 
o que significa que o ferro conduz calor 100 vezes mais rápido do 
que a água. 
Um alto valor de condutividade indica que o material é bom condutor de calor, 
um valor baixo indica que o material é mau condutor de calor ou isolante 
Condutividade Térmica 
A dependência da condutividade térmica sobre a temperatura resulta em complexidade 
considerável na análise da condução. Por isso, é prática comum avaliar a condutividade 
térmica k na temperatura média e tratá-la como uma constante nos cálculos. 
 
Na análise da transferência de calor, um material é geralmente considerado isotrópico, isto 
é, com propriedades uniformes em todas as direções. Essa hipótese é realista para a maioria 
dos materiais, exceto aqueles que apresentam características estruturais diferentes em 
direções diferentes, tais como materiais compostos de laminados. 
 
A condutividade térmica da madeira normal em direção à fibra, por exemplo, é diferente da 
paralela em direção à fibra. 
Difusividade térmica (∝) 
Difusividade térmica, representa a velocidade com que o calor se difunde por 
meio de um material ∝= 𝐶𝑎݈݋𝑟 ܿ݋݊݀𝑢ܿ𝑖݀݋𝐶𝑎݈݋𝑟 𝑎𝑟݉𝑎𝑧݁݊𝑎݀݋ = ݇𝜌ܿ݌ 
• Um material com alta condutividade térmica ou baixa capacidade térmica terá 
obviamente grande difusividade térmica. 
• Quanto maior for a difusividade térmica, mais rapidamente será́ a propagação 
de calor no meio. 
• Um pequeno valor de difusividade térmica indica que a maior parte do calor é 
absorvida pelo material e uma pequena quantidade de calor é conduzida 
adiante 
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/mºC são mantidas às 
temperaturas de 20ºC e 5ºC respectivamente. Determine o calor transferido 
pela parede. 
Uma panela de alumínio cuja condutividade térmica é 237 W/m.K tem fundo 
plano de 10 cm de diâmetro e 0,4 cm de espessura. O calor é transferido em 
regime permanente para ebulição da água por meio do fundo da panela a uma 
taxa de 800 W. Se a superfície interna do fundo da panela está a 105 °C, 
determine a temperatura da superfície externa do fundo da panela. 
20 cm 
diâmetro 
A = π r² = π(0.1 m)² = 0.0314 m² 
As superfícies interna e externa de uma janela de vidro de 0,5cm de espessura e 
área de 2m x 2m no inverno têm 10°C e 3°C, respectivamente. 
 
Considerando que a condutividade térmica do vidro é 0,78 W/m.K, determine a 
perda de calor através do vidro ao longo de um período de 5 h. 
 
Qual seria a sua resposta se a espessura do vidro fosse 1 cm? 
Verifique que para uma espessura de 1 cm o calor 
corresponde a 39.3MJ. 
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) 
Um equipamento condicionador de 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 
As superfícies internas de um grande edifício são mantidas a 20 oC, enquanto 
que a temperatura na superfície externa é -20 oC. As paredes tem 25 cm de 
espessura, e foram construídas com tijolos de condutividade térmica de 0,6 
kcal/h m oC. 
a) Calcular a perda de calor para cada metro quadrado de superfície por hora. 
b) Sabendo-se que a área total do edifício é 1000 m2 e que o poder calorífico do 
carvão é de 5500 kcal/Kg, determinar a quantidade de carvão a ser utilizada em 
um sistema de aquecimento durante um período de 10 h. Supor o rendimento 
do sistema de aquecimento igual a 50%. 
mcmLCmhKcalk
CTCT
o
oo
25,025 ..6,0
 20 20 21


 21.. TTL
Akq 
   C
m
mCmhKcalq
mA
o
o
2020
25,0
1)..(6,0
 
: temos,1 Para
2
2



 área dep/ 96 2mhKcalq 
a) Desprezando o efeito do canto das paredes e a condutividade térmica 
da argamassa entre os tijolos, aplica-se a equação de Fourier para 
paredes planas 
Portanto, o fluxo de calor transferido por cada metro quadrado de 
parede é : 
 
b) Esta perda de calor deve ser reposta pelo sistema de 
aquecimento, de modo a manter o interior a 20 oC. A 
perda pela área total do edifício é: 
hKcalq
mAt 96000100096 
então, 1000 2



O tempo de utilização do sistema de aquecimento é 10 
horas. Neste período a energia perdida para o exterior é: 
KcalhhKcaltqQ
t
Qq 9600001096000.  
Como o rendimento do sistema é 50% a quantidade de 
calor a ser fornecida pelo carvão é : 
KcalQQ f 19200005,0
960000  
Cada quilo de carvão pode fornecer 5500 Kcal, então a 
quantidade de carvão é: 
Kg
KgKcal
KcalQTcarvão 3495500
1920000 