2019318_131236_Aula 4 - Resistências Térmicas

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Professor: Roger Rodrigues
Aula 4 – Resistências Térmicas
Serra
2019
Sumário
 CondutividadeTérmica
 Isolantes térmicos
 Resistência térmica
 Resistência de condução
 Resistência de convecção
Condutividade Térmica
 A taxa de transferência de calor (ou o fluxo de calor)
é função de quatro importantes parâmetros do material.
Lembrando:
 A – área da seção transversal (m2)
Propriedade geométrica
 L – espessura do material (m)
Propriedade geométrica
 ∆T – diferença de temperaturas (°C ou K)
Valor adquirido de acordo com as condições ambientes
 k – condutividade térmica (W/m°C ouW/mK)
Propriedade termofísica do material
Condutividade Térmica
 CONDUTIVIDADE TÉRMICA - propriedade do
material que “mede” a facilidade ou dificuldade em
transportar (ou conduzir) o calor.
 Um alto valor de condutividade térmica indica
que o material é bom condutor de calor
 Um baixo valor de condutividade térmica
indica que o material é mau condutor de calor
(ou isolante)
Condutividade Térmica
 Experimentos para determinação de
condutividade térmica
Condutividade Térmica
Condutividade Térmica
 REGRA GERAL
kSÓLIDOS > kLÍQUIDOS > kGASES
EXCEÇÃO: isolantes
 Pode-se considerar a condutividade térmica como
CONSTANTE para um mesmo material, dentro de
certos limites de temperatura
Demais propriedades termofísicas
CAPACIDADETÉRMICA
 O produto ρ.cp, frequentemente encontrado na análise
de transferência de calor, é chamado capacidade térmica
de um material.
 A capacidade térmica representa a capacidade de
armazenamento de calor de um material.
Demais propriedades termofísicas
DIFUSIVIDADETÉRMICA
 Corresponde à velocidade com que o calor se difunde
por meio de um material
 Note que a condutividade térmica representa como um
material conduz bem o calor, e a capacidade térmica
representa quanta energia um material pode armazenar
por unidade de volume;
α =
𝑘
ρ. 𝑐𝑝
Demais propriedades termofísicas
DIFUSIVIDADETÉRMICA
 Por isso, a difusividade térmica de um material pode ser
entendida como a razão entre o calor conduzido por meio
do material e o calor armazenado por unidade de volume;
 Um material com alta condutividade térmica ou baixa
capacidade térmica terá obviamente grande difusividade
térmica. Quanto maior a difusividade térmica, mais
rapidamente será 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.
Demais propriedades termofísicas
DIFUSIVIDADETÉRMICA
Isolantes
 DEFINIÇÃO: materiais que suportam
convenientemente bem as temperaturas elevadas (em
contato direto ou indireto com o ambiente de trabalho e
baixa massa específica aparente) e que conduzem a
menor quantidade possível de calor para o meio externo
(ou interno, dependendo da temperatura do meio
externo)
 Apresentam uma infinidade de poros vazios em toda sua
massa (porosidade total superior à 45%), poros estes
responsáveis pela predominante característica de
isolamento térmico.
Isolantes
 FUNÇÕES
 Conforto térmico
 Redução de custos energéticos, quando da climatização
de ambientes
 Conservação da temperatura de fluidos industriais
 Segurança
Isolantes
 CORTIÇA
 Isolamento natural (produto orgânico)
 Produto renovável sustentável
 Atenção especial à possibilidade de ataque por fungos
Isolantes
 LÃ DEVIDRO
 Fabricada em alto forno, a partir de sílica e sódio, aglomerados
por resinas sintéticas
 Comercializada em rolos e em painéis
Isolantes
 LÃ DE ROCHA
 Fabricada a partir de rochas basálticas especiais e outros
minerais, que são aquecidos a cerca de 1500°C e transformados
em filamentos a serem posteriormente aglomerados a soluções
de resinas orgânicas
Isolantes
 SILICATO DE CÁLCIO
 Produzido a partir de matérias-primas naturais como a cal
virgem e a diatomita , reforçadas por fibras de celulose e vidro e
totalmente isento de amianto
Resistência térmica
 Na Elétrica, um resistor é colocado em um circuito com
o intuito de restringir a passagem de elétrons. Quanto
maior a quantidade de resistores no circuito e quanto
maior o valor de sua resistência elétrica, mais difícil será
a passagem de elétrons
Resistência térmica
 Da mesma forma, quanto mais isolantes colocamos em
um sistema, mais difícil será a passagem de calor, pois a
RESISTÊNCIA TÉRMICA do sistema é ampliada quando
isso é feito
Resistência térmica
 O calor que passa por uma
parede (por exemplo) resiste
muito ou pouco a essa passagem
de calor, de acordo com os
elementos existentes em sua
composição
 Essa resistência à passagem de
calor pode ser representada por
uma resistência térmica de
condução
Resistência térmica
 Para que os elétrons fluam, é
necessário que haja uma diferença
de potencial. Analogamente, para
que o calor flua, é necessário que
exista uma diferença de
temperatura.
 O que flui em um circuito elétrica é
a corrente elétrica.
Analogamente, o que flui em um
circuito térmico é o calor.
 Para limitar o fluxo de elétrons,
existem as resistências elétricas.
Analogamente, para limitar o fluxo
de calor, cada material tem a sua
resistência térmica.
Resistência térmica
 Ainda dentro da analogia:
∆U = R . I
∆U − Dif. de potencial
R − resistência elétrica
i − corrente elétrica
Para circuitos elétricos q = k . A .
∆𝑇
𝐿
∆T =
𝐿
k . A
. q
∆T − Dif. de temperatura (°C ou K)
𝐿
k . A
− resistência térmica de condução
q − calor (W)
Para circuitos térmicos
Resistência térmica
 Grandezas elétricas X Grandezas térmicas
Grandeza Elétrica Grandeza Térmica Análoga
Tensão (U) Temperatura (T)
Corrente elétrica (i) Calor (q)
Resistência elétrica (R) União das grandezas restantes
Resistência térmica
 Do mesmo modo, também há uma resistência para que o
calor chegue a (ou saia de) determinado material em contato
com certo fluido que compõe um ambiente
𝑞 = ℎ . 𝐴 . ∆𝑇 = ℎ . 𝐴 . 𝑇𝑆 − 𝑇∞
h – coeficiente de transf. de calor por 
convecção (W/m² °C)
A – área de troca de calor (m²)
T∞ - temperatura do meio externo (°C 
ou K)
TS – temperatura da superfície em 
questão (°C ou K)
Resistência térmica
 Associação de resistências de diferentes naturezas
Resistência térmica
PAREDES PLANAS
MULTICAMADAS
 Para o caso de duas ou mais
paredes associadas em
sequência, têm-se duas
resistências térmicas EM
SÉRIE
𝑅𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿,𝐶𝑂𝑁𝐷𝑈ÇÃ𝑂 = 𝑅𝑃𝐴𝑅𝐸𝐷𝐸,1 + 𝑅𝑃𝐴𝑅𝐸𝐷𝐸,2
Resistência térmica
Resistência térmica
1 - Considere uma janela de vidro a
0.8m de altura e 1,5m de largura e
com 8mm de espessura e condutividade
térmica k = 0,78 W/(m.°C).
Determine a taxa de transferência de
calor através da parede e a temperatura
da superfície interna num dia em que
o quarto é mantido a 20 °C enquanto a
temperatura da vizinhança externa está
a -10 °C. Considere um coeficiente de
convecção interno hi=10 W/(m².°C) e
um coeficiente de 40 W/(m².°C) no
ambiente externo.
Resistência térmica
2 - A figura ao lado representa uma parede plana simples que
separa um ambiente interno de um ambiente externo. São
dadas as temperaturas dos dois ambientes e a temperatura da
face da parede em contato com o ambiente interno.
Considerando a transferência de calor em regime permanente,
calcule a espessura da parede, em metros. A condutividade
térmica do material da parede é k = 0,4W/mK.
Resistência térmica
3 - Uma parede de tijolos de 12 m × 10
m e com30 cm de espessura faceia uma
camada de concreto de 6 cm de
espessura, conforme mostra a figura
acima. As faces expostas da parede de
tijolos — face A — e da camada de
concreto — face B — estão a uma
temperatura de 75°C e 20°C,
respectivamente. Nesse caso, sabendo que
as condutividades térmicas do tijolo e do
concreto valem 0,5 W/(m × K) e 1,0
W/(m × K), respectivamente, a perda de
calor, da face A para a face B, será igual a
Resistência térmica
4 - Considere uma parede dupla de vidro com
0.8m de altura e 1,5m de largura, constituída
por duas camadas de 4mm de espessura de um
vidro com k=0,78 W/(m.°C) , separadas por
uma camada de ar estagnado de 10 mm de
espessura (k=0,026 W/(m.°C)). Determine a
taxa de transferência de calor através da
configuração e a temperatura da parede interna
durante um dia que a temperatura do quarto é
mantida a 20 °C enquanto a temperatura das
vizinhança é de -10 °C. Considere um
coeficiente de convecção interno hi=10
W/(m².°C) e um coeficiente de 40
W/(m².°C) no ambiente externo.