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Transmissão de calor I-10Índice do grupo | Página anterior | Próxima página | Introdução | Condução | |
Introdução
| Topo pág | Fim pág |A transmissão de calor entre locais diferentes, situados no mesmo meio ou não, é um dos fenômenos físicos mais comuns. Basicamente, ela acontece em três modos distintos:
- Condução
- Ocorre no interior do meio. O calor passa de um ponto para outro sem movimentação desse meio. É o caso comum da transmissão através de sólidos.
- Convecção
- O calor se transmite por partículas do meio, que se movimentam de um local para outro. Ocorre com líquidos e gases.
Convecção natural (ou convecção livre) é a que acontece sem ação de agentes externos. O movimento se dá pela diferença de temperatura entre partículas.
Na convecção forçada o movimento é provocado predominantemente pela ação de agentes externos como ventiladores. - Radiação
- A transmissão ocorre sem contado físico entre os corpos, através de ondas eletromagnéticas de comprimentos de onda na faixa de 0,75 a 400 μm.
Em muitos casos práticos, a transmissão de calor acontece com a ação simultânea dos três modos citados.
Condução
| Topo pág | Fim pág |Fluxo de calor (ou fluxo térmico) φq através de uma superfície de área S é definido como a quantidade de calor por unidade de tempo (Q/t) por unidade de área:
#A.1#Seja, conforme Figura 01, uma superfície elementar plana de espessura pequena Δx e área S, com uma diferença de temperatura ΔT entre faces opostas.
Desde que quantidade de calor por unidade de tempo tem dimensão de potência, a unidade do fluxo de calor no Sistema Internacional (SI) é watt por metro quadrado (
W/m2).A lei de condução do calor (ou lei de Fourier) estabelece que o negativo do fluxo de calor entre essas faces é diretamente proporcional à diferença de temperatura e inversamente proporcional à espessura:
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| Figura 01 |
#A.2#O sinal negativo dá coerência com a segunda lei da Termodinâmica (calor só passa da temperatura mais alta para a mais baixa).
O fator de proporcionalidade k é denominado condutividade térmica. É uma grandeza que depende do material e da sua temperatura.
A unidade SI da condutividade térmica é W/(m K) ou W/(m °C) porque diferenças de temperatura em K e °C são numericamente iguais.
Obs: em algumas publicações e também algumas páginas deste site, é usada a letra grega λ para a condutividade térmica.
Em vários casos é conveniente combinar as igualdades #A.1# e #A.2# na forma de intervalos:
#A.3#Notar que o símbolo Φ (maiúsculo) indica calor por unidade de tempo. Não é o φ (minúsculo) do fluxo de calor.
Condutância térmica é a grandeza extensiva associada à condutividade térmica e é definida por:
#B.1#A unidade SI da condutância térmica é W/(m2 K) ou W/(m2 °C).
Resistência térmica é o inverso da condutância térmica:
#B.2#A unidade SI de resistência térmica é m2 K / W ou m2 ºC / W.
Introduzindo a resistência térmica em #A.3# e reagrupando,
#C.1#Portanto, a diferença de temperatura entre dois pontos de um corpo é proporcional ao fluxo térmico entre eles. E a resistência térmica é o fator de proporcionalidade. A implicação prática é evidente: corpos de elevada resistência térmica transmitem pouco calor (isolantes) e corpos de baixa resistência térmica transmitem muito calor (condutores térmicos).
A analogia com circuito elétrico é também evidente: a diferença de potencial ΔV é igual ao produto da resistência elétrica R pela corrente I:
V = R I #C.2#Observação: as definições anteriores de condutância e resistência térmica são usuais em cálculos de sistemas de ar condicionado e similares. As definições mais genéricas incluem a área do corpo. Assim,
Condutância térmica
#D.1#Unidade SI: W/K ou W/°C.
Resistência térmica
#D.2#Unidade SI: K/W ou °C/W.
E a igualdade #C.1# é dada na forma:
#D.3#Alguns dados de condutividade térmica
Para substâncias elementares, valores de condutividade térmica λ podem ser vistos nas páginas de Tabela Periódica. A tabela abaixo dá valores aproximados para alguns outros materiais.
| Material |
T ensaio ºC | k em W/(mºC) | Material |
T ensaio ºC | k em W/(mºC) |
| Água | 25 | 0,58 | Gelo | 0 | 2,21 |
| Alvenaria, concreto leve | 20 | 1,1 | Gesso em placas | s/ dado | 0,21/0,41 |
| Amianto em placas | 40 | 0,29 | Lã de rocha | s/ dado | 0,063 |
| Areia seca | 20 | 0,33 | Lã de vidro | s/ dado | 0,044 |
| Areia úmida | 20 | 1,13 | Madeira | s/ dado | 0,16 |
| Argila 10% água | s/ dado | 1,2/2,3 | |||
| Asfalto | s/ dado | 0,73 | Mármore | s/ dado | 1,00/1,57 |
| Borracha esponjosa | 20 | 0,055 | Nylon | s/ dado | 0,23 |
| Parafina | 25 | 0,25 | |||
| Borracha macia | 20 | 0,18 | Pexiglas | 20 | 0,18 |
| Cerâmica (azulejo) | s/ dado | 1,06 | Polietileno | s/ dado | 0,35 |
| Cimento-amianto placas | s/ dado | 1,26 | Polietileno espuma | s/ dado | 0,025/0,030 |
| PVC | 25 | 0,19 | |||
| Concreto armado | 20 | 1,51 | Reboco | 20 | 0,79 |
| Serragem | 25 | 0,06 | |||
| Cortiça | s/ dado | 0,054 | Tijolo maciço | s/ dado | 0,61 |
| Couro | 20 | 0,14/0,16 | Vidro | 17 | 0,72 |
| Ebonite | 0 | 0,16 | Vidro | 100 | 0,76 |
Obs: conforme informado em outras páginas deste site, os dados acima e outros são fornecidos sem quaisquer garantias e responsabilidades pelo uso. Os valores podem variar consideravelmente, dependendo das condições e composições dos materiais. Aplicações críticas devem ter seus dados confrontados em mais de uma fonte.
Em algumas fontes, a condutividade térmica é expressa em quilocaloria por metro, por hora e por grau Celsius. A equivalência das unidades é
1 kcal / (m h ºC) = 1,163 W / (m ºC) #E.1#Condutividade térmica para o ar a 1 bar e valores em 10−3 W/(m ºC):
| t ºC | −20 | 0 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 |
| k | 22 | 24 | 28 | 31 | 34 | 37 | 40 | 43 | 45 |
Fórmula aproximada para água (em W/mºC):
k ≈ 0,554 (1 + 0,003 t) #E.2#. Para 0 ≤ t ≤ 80ºCTopo | Índice do grupo | Página anterior | Próxima página | Última revisão ou atualização: Ago/2008
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