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Transporte de calor

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A umidade do solo depende da sua temperatura, tornando importante calcular essa distribuição. Essa relação é determinada pelo fluxo de calor que é trocado com a superfície do solo.

>Modelo

ID:(2054, 0)



Mecanismos

Iframe

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Código
Conceito

Mecanismos

ID:(15207, 0)



Mecanismo de transporte de calor

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No caso de um sólido e de maneira semelhante para um líquido, podemos descrever o sistema como uma estrutura de átomos ligados por algo que se comporta como uma mola. Quando ambas as extremidades têm temperaturas de uma diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$), com la temperatura da superfície interna ($T_{is}$) e la temperatura da superfície externa ($T_{es}$):

$ \Delta T_0 = T_{is} - T_{es} $



A diferença de temperatura implica que os átomos nas extremidades oscilam de forma diferente; os átomos na zona de alta temperatura terão uma amplitude maior em suas oscilações em comparação com os átomos na zona de baixa temperatura.



No entanto, essa diferença gradualmente levará toda a cadeia a oscilar de tal forma que, no final, a amplitude variará ao longo do caminho, desde os valores mais altos onde a temperatura também é maior, até os valores mais baixos na zona de menor temperatura.



Dessa forma, la diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$) leva a uma calor transportado ($dQ$) em uma variação de tempo ($dt$).

ID:(15234, 0)



Geometria e dependência de material

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Um dos fatores-chave que determina quanto calor pode ser conduzido através de um sólido ou líquido é a sua seção transversal, ou seja, a quantidade de cadeias de átomos disponíveis. Quanto mais dessas cadeias tivermos, maior será nossa capacidade de transporte de calor.

No entanto, o comprimento dessas cadeias pode ser contraproducente. À medida que a cadeia de molas se torna mais longa, nossa capacidade de transmitir calor diminui, uma vez que mais átomos precisam ajustar suas amplitudes de oscilação.

Se representarmos isso com la seção ($S$) e o comprimento do conductor ($L$), o diagrama assume a seguinte forma:



Por fim, a capacidade do meio e do material de transportar calor, descrita pelos coeficientes o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$) e o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$), e la condutividade térmica ($\lambda$), explica como o calor se desloca em resposta a la diferença de temperatura ($\Delta T$) criado pela diferença entre la temperatura interna ($T_i$) e la temperatura externa ($T_e$):



Isso é calculado da seguinte forma:

$ \Delta T = T_i - T_e $

ID:(15235, 0)



Condução de calor

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A condução de calor foi modelada pela primeira vez por Jean Baptiste Joseph Fourier [1], que estabeleceu que la taxa de fluxo de calor ($q$), definido por la calor transportado ($dQ$), la variação de tempo ($dt$) e la seção ($S$), é expressa pela:

$ q \equiv \displaystyle\frac{1}{ S }\displaystyle\frac{ dQ }{ dt }$



Esta teoria também está relacionada a la seção ($S$), o comprimento do conductor ($L$), la diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$) e la condutividade térmica ($\lambda$), conforme mostrado em:

$ q = \displaystyle\frac{ \lambda }{ L } \Delta T_0 $



e é ilustrada pelo seguinte diagrama:

[1] "Théorie Analytique de la Chaleur" (A Teoria Analítica do Calor), Jean Baptiste Joseph Fourier, 1822.

ID:(15236, 0)



Dependência da transferência de calor da geometria para o condutor

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O principal impulsionador da transferência de calor de um meio para um condutor é a diferença de temperatura. No meio la temperatura interna ($T_i$), as partículas têm mais energia e, ao colidirem com as do condutor a uma temperatura da superfície interna ($T_{is}$), tendem a aumentar a energia deste último. Essa interação pode ser representada da seguinte forma:



Além da temperatura em si, o fluxo de calor depende de la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$):

$ \Delta T_i = T_i - T_{is} $



Outro fator fundamental é o número de átomos aos quais a amplitude de oscilação pode ser aumentada, o que depende de la seção ($S$). Por fim, devemos considerar as propriedades da superfície, descritas por o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$), que corresponde à relação entre o calor transmitido, a área superficial, a diferença de temperatura e o tempo decorrido:

ID:(15237, 0)



Cálculo da transmissão de calor ao condutor

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Dessa maneira, estabelecemos uma relação que nos permite calcular la taxa de fluxo de calor ($q$) com base em la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$) e o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$):



Isso pode ser expresso matematicamente da seguinte forma:

$ q = \alpha_i \Delta T_i $

ID:(15238, 0)



Dependência da transferência de calor na geometria do condutor

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O principal impulsionador da transferência de calor de um condutor para um meio é a diferença de temperatura. Quando la temperatura da superfície externa ($T_{es}$), as partículas têm mais energia e oscilam com uma amplitude maior ao interagirem com os átomos e moléculas do meio a uma temperatura externa ($T_e$). Isso tende a aumentar a energia destes últimos. Essa interação pode ser representada da seguinte forma:



Além da temperatura, o fluxo de calor depende de la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$).

$ \Delta T_e = T_{es} - T_e $



Outro fator fundamental é o número de átomos que podem ter aumentada a sua amplitude de oscilação, o que depende de la seção ($S$). Por fim, devemos considerar as propriedades superficiais, representadas por o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$), que correspondem à relação entre o calor transmitido, a área superficial, a diferença de temperatura e o tempo decorrido:

ID:(15239, 0)



Transferência de calor do condutor

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Dessa forma, estabelecemos uma relação que nos permite calcular la taxa de fluxo de calor ($q$) com base em la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$) e o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$):



Isso pode ser expresso matematicamente da seguinte maneira:

$ q = \alpha_e \Delta T_e $

ID:(15240, 0)



Transporte total de calor por um condutor

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Os modelos de transferência e condução de calor sugerem que é possível desenvolver uma relação que incorpore os três mecanismos juntos. Esta equação deve levar em consideração la calor transportado ($dQ$), la variação de tempo ($dt$), la diferença de temperatura ($\Delta T$), la seção ($S$) e o coeficiente de transporte total (médio múltiplo, duas interfaces) ($k$):



Matematicamente, isso pode ser expresso da seguinte forma:

$ q = k \Delta T $

ID:(15241, 0)



Dependência do coeficiente de transferência da velocidade do meio

Conceito

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Um dos efeitos da transferência de calor de um condutor para um meio externo é o aquecimento do meio próximo à interface, criando uma zona de interferência na transmissão. Isso diminui a eficiência da transferência e tende a formar uma camada isolante que reduz o fluxo de energia.

No entanto, esse efeito pode mudar na presença de vento. O vento pode remover a camada de átomos e moléculas em alta temperatura, aumentando a eficiência da transferência de calor. Isso indica que o coeficiente de transmissão ($\alpha$) é influenciado por la velocidade média ($v_m$) [1,2]:



Nesse contexto, modelamos a relação com base em coeficiente de transmissão sem velocidade ($\alpha_0$) e um fator de referência de o velocidade de referência de mídia ($v_0$).

A relação matemática que descreve esse fenômeno para um gás com o coeficiente de transmissão em gases, dependente da velocidade ($\alpha_{gv}$), la velocidade média ($v_m$), o coeficiente de transmissão em gases, independente da velocidade ($\alpha_{g0}$) e o coeficiente de transmissão fator de velocidade do gás ($v_{g0}$) é:

$ \alpha_{gv} = \alpha_{g0} \left(1+\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{g0} }\right)$



E para um líquido com o coeficiente de transmissão em líquido, dependente da velocidade ($\alpha_{wv}$), la velocidade média ($v_m$), o coeficiente de transmissão em líquido, independente da velocidade ($\alpha_{w0}$) e o coeficiente de transmissão fator de velocidade do líquido ($v_{w0}$):

$ \alpha_{wv} = \alpha_{w0} \left(1+\sqrt{\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{w0} }}\right)$

Isso demonstra como o vento pode influenciar significativamente a eficiência da transferência de calor entre um condutor e um meio externo.

[1] "Über Flüssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung" (Sobre o Movimento de Fluidos com Muito Pouca Fricção), Ludwig Prandtl, 1904

[2] "Die Abhängigkeit der Wärmeübergangszahl von der Rohrlänge" (A Dependência do Coeficiente de Transferência de Calor com o Comprimento da Tubulação), Wilhelm Nusselt, 1910

ID:(3620, 0)



Modelo

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Parâmetros

Símbolo
Texto
Variáve
Valor
Unidades
Calcular
Valeur MKS
Unidades MKS
$\alpha_{gv}$
alpha_gv
Coeficiente de transmissão em gases, dependente da velocidade
W/m^2K
$\alpha_{g0}$
alpha_g0
Coeficiente de transmissão em gases, independente da velocidade
W/m^2K
$\alpha_{wv}$
alpha_wv
Coeficiente de transmissão em líquido, dependente da velocidade
W/m^2K
$\alpha_{w0}$
alpha_w0
Coeficiente de transmissão em líquido, independente da velocidade
W/m^2K
$\alpha_e$
alpha_e
Coeficiente de transmissão externa
W/m^2K
$v_{g0}$
v_g0
Coeficiente de transmissão fator de velocidade do gás
m/s
$v_{w0}$
v_w0
Coeficiente de transmissão fator de velocidade do líquido
m/s
$\alpha_i$
alpha_i
Coeficiente de transmissão interna
W/m^2K
$k$
k
Coeficiente de transporte total
W/m K
$L$
L
Comprimento do conductor
m
$L_i$
L_i
Comprimento do elemento i
m
$\lambda$
lambda
Condutividade térmica
W/m K
$\lambda_i$
lambda_i
Elemento de condutividade térmica i
W/m K
$v_m$
v_m
Velocidade média
m/s

Variáveis

Símbolo
Texto
Variáve
Valor
Unidades
Calcular
Valeur MKS
Unidades MKS
$\Delta T$
DT
Diferença de temperatura
K
$\Delta T_e$
DT_e
Diferença de temperatura na interface externa
K
$\Delta T_i$
DT_i
Diferença de temperatura na interface interna
K
$\Delta T_0$
DT_0
Diferença de temperatura no condutor
K
$q$
q
Taxa de fluxo de calor
W/m^2
$T_{es}$
T_es
Temperatura da superfície externa
K
$T_{is}$
T_is
Temperatura da superfície interna
K
$T_e$
T_e
Temperatura externa
K
$T_i$
T_i
Temperatura interna
K

Cálculos


Primeiro, selecione a equação: para , depois, selecione a variável: para

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Variáve Dado Calcular Objetivo : Equação A ser usado




Equações

#
Equação

$ \displaystyle\frac{1}{ k }=\displaystyle\frac{1}{ \alpha_e }+\displaystyle\frac{ L }{ \lambda }$

1/ k =1/ alpha_e + L / lambda


$\displaystyle\frac{1}{ k }=\displaystyle\frac{1}{ \alpha_i }+\displaystyle\frac{1}{ \alpha_e }+\displaystyle\frac{ L }{ \lambda }$

1/ k =1/ alpha_i + 1/ alpha_e + L / lambda


$ \alpha_{gv} = \alpha_{g0} \left(1+\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{g0} }\right)$

alpha_gv = alpha_g0 * (1+ v_m / v_g0 )


$ \alpha_{wv} = \alpha_{w0} \left(1+\sqrt{\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{w0} }}\right)$

alpha_wv = alpha_w0 * (1+sqrt( v_m / v_w0 ))


$ \Delta T = \Delta T_i + \Delta T_0 + \Delta T_e $

DT = DT_i + DT_0 + DT_e


$ \Delta T = T_i - T_e $

DT = T_i - T_e


$ \Delta T_0 = T_{is} - T_{es} $

DT_0 = T_is - T_es


$ \Delta T_e = T_{es} - T_e $

DT_e = T_es - T_e


$ \Delta T_i = T_i - T_{is} $

DT_i = T_i - T_is


$ \lambda = \lambda_w^{\Phi} \lambda_b^{1-\Phi} e^{-\beta \Phi (1-\theta_S)^2}$

lambda = lambda_w ^ Phi * lambda_b ^(1- Phi )*exp(- beta * Phi *(1-theta_S )^2)


$ \lambda_b = \lambda_a g_a + \lambda_i g_i + \lambda_c g_c $

lambda_b = lambda_a * g_a + lambda_i * g_i + lambda_c * g_c


$ q = \alpha_e \Delta T_e $

q = alpha_e * DT_e


$ q = \alpha_i \Delta T_i $

q = alpha_i * DT_i


$ q = k \Delta T $

q = k * DT


$ q = \displaystyle\frac{ \lambda }{ L } \Delta T_0 $

q = lambda * DT_0 / L


$ T_{es} = T_e + \displaystyle\frac{ k }{ \alpha_e } \Delta T $

T_es = T_e + k * DT / alpha_e


$ T_{is} = T_i - \displaystyle\frac{ k }{ \alpha_i } \Delta T $

T_is = T_i - k * DT / alpha_i


$\displaystyle\frac{1}{ k }=\displaystyle\frac{1}{ \alpha_i }+\displaystyle\frac{1}{ \alpha_e }+\sum_i\displaystyle\frac{ L_i }{ \lambda_i }$

1/ k =1/ alpha_i +1/ alpha_e +@SUM( L_i / lambda_i , i )

ID:(15229, 0)



Diferença de temperatura de superfície

Equação

>Top, >Modelo


No caso de um sólido e de maneira semelhante para um líquido, podemos descrever o sistema como uma estrutura de átomos ligados por algo que se comporta como uma mola. Quando ambas as extremidades têm temperaturas de uma diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$), com la temperatura da superfície interna ($T_{is}$) e la temperatura da superfície externa ($T_{es}$):

$ \Delta T_0 = T_{is} - T_{es} $

$\Delta T_0$
Diferença de temperatura no condutor
$K$
10165
$T_{es}$
Temperatura da superfície externa
$K$
5214
$T_{is}$
Temperatura da superfície interna
$K$
5212

ID:(15120, 0)



Diferença de temperatura

Equação

>Top, >Modelo


La diferença de temperatura ($\Delta T$) é calculado subtraindo la temperatura externa ($T_e$) e la temperatura interna ($T_i$), o que é expresso como:

$ \Delta T = T_i - T_e $

$\Delta T$
Diferença de temperatura
$K$
10161
$T_e$
Temperatura externa
$K$
5207
$T_i$
Temperatura interna
$K$
5208

ID:(15116, 0)



Cálculo da condução de calor

Equação

>Top, >Modelo


O fluxo de calor ($q$) é uma função de la condutividade térmica ($\lambda$), o comprimento do conductor ($L$) e la diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$):

$ q = \displaystyle\frac{ \lambda }{ L } \Delta T_0 $

$L$
Comprimento do conductor
$m$
5206
$\lambda$
Condutividade térmica
$J/m s K$
5204
$\Delta T_0$
Diferença de temperatura no condutor
$K$
10165
$q$
Taxa de fluxo de calor
$W/m^2$
10178

ID:(7712, 0)



Diferença de temperatura média para condutor

Equação

>Top, >Modelo


La diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$) é calculado subtraindo la temperatura da superfície interna ($T_{is}$) de la temperatura interna ($T_i$):

$ \Delta T_i = T_i - T_{is} $

$\Delta T_i$
Diferença de temperatura na interface interna
$K$
10166
$T_{is}$
Temperatura da superfície interna
$K$
5212
$T_i$
Temperatura interna
$K$
5208

ID:(15117, 0)



Cálculo da transmissão de calor ao condutor

Equação

>Top, >Modelo


Dessa maneira, estabelecemos uma relação que nos permite calcular la taxa de fluxo de calor ($q$) com base em la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$) e o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$):

$ q = \alpha_i \Delta T_i $

$\alpha_i$
Coeficiente de transmissão interna
$W/m^2K$
10163
$\Delta T_i$
Diferença de temperatura na interface interna
$K$
10166
$q$
Taxa de fluxo de calor
$W/m^2$
10178

ID:(15113, 0)



Condutor de diferença de temperatura para médio

Equação

>Top, >Modelo


La diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$) é calculado subtraindo la temperatura da superfície externa ($T_{es}$) de la temperatura externa ($T_e$):

$ \Delta T_e = T_{es} - T_e $

$\Delta T_e$
Diferença de temperatura na interface externa
$K$
10167
$T_{es}$
Temperatura da superfície externa
$K$
5214
$T_e$
Temperatura externa
$K$
5207

ID:(15118, 0)



Cálculo da transferência de calor do condutor

Equação

>Top, >Modelo


Dessa forma, estabelecemos uma relação que nos permite calcular la taxa de fluxo de calor ($q$) com base em la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$) e o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$):

$ q = \alpha_e \Delta T_e $

$\alpha_e$
Coeficiente de transmissão externa
$W/m^2K$
10162
$\Delta T_e$
Diferença de temperatura na interface externa
$K$
10167
$q$
Taxa de fluxo de calor
$W/m^2$
10178

ID:(15114, 0)



Cálculo do transporte total de calor por um condutor

Equação

>Top, >Modelo


Dessa forma, estabelecemos uma relação que nos permite calcular la taxa de fluxo de calor ($q$) como função de o coeficiente de transporte total (médio múltiplo, duas interfaces) ($k$) e la diferença de temperatura ($\Delta T$):

$ q = k \Delta T $

$k$
Coeficiente de transporte total
$W/m^2K$
5174
$\Delta T$
Diferença de temperatura
$K$
10161
$q$
Taxa de fluxo de calor
$W/m^2$
10178

Com la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$), la diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$), la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$) e la diferença de temperatura ($\Delta T$), obtemos

$ \Delta T = \Delta T_i + \Delta T_0 + \Delta T_e $



que pode ser reescrito com la calor transportado ($dQ$), la variação de tempo ($dt$), la seção ($S$)

$ q = \alpha_i \Delta T_i $



$ q = \alpha_e \Delta T_e $



e com la condutividade térmica ($\lambda$) e o comprimento do conductor ($L$)

$ q = \displaystyle\frac{ \lambda }{ L } \Delta T_0 $



e

$\displaystyle\frac{1}{ k }=\displaystyle\frac{1}{ \alpha_i }+\displaystyle\frac{1}{ \alpha_e }+\displaystyle\frac{ L }{ \lambda }$



como

$\Delta T = \Delta T_i + \Delta T_0 + \Delta T_e = \displaystyle\frac{1}{S} \frac{dQ}{dt} \left(\displaystyle\frac{1}{\alpha_i} + \displaystyle\frac{1}{\alpha_e} + \displaystyle\frac{L}{\lambda}\right) = \displaystyle\frac{1}{Sk} \displaystyle\frac{dQ}{dt}$



resultando em

$ q = k \Delta T $

.

ID:(7716, 0)



Variação total de temperatura

Equação

>Top, >Modelo


No processo de transferência de calor, a temperatura diminui gradualmente do sistema com a maior temperatura (interno) para o sistema com a menor temperatura (externo). Nesse processo, primeiro diminui da temperatura média interna para la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$), depois para la diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$) e finalmente para la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$). A soma dessas três variações equivale à queda total, ou seja, la diferença de temperatura ($\Delta T$), como mostrado abaixo:

$ \Delta T = \Delta T_i + \Delta T_0 + \Delta T_e $

$\Delta T$
Diferença de temperatura
$K$
10161
$\Delta T_e$
Diferença de temperatura na interface externa
$K$
10167
$\Delta T_i$
Diferença de temperatura na interface interna
$K$
10166
$\Delta T_0$
Diferença de temperatura no condutor
$K$
10165

ID:(15115, 0)



Constante de transporte total (um meio, duas interfaces)

Equação

>Top, >Modelo


O valor de o coeficiente de transporte total ($k$) na equação de transporte é determinado usando o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$), o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$), la condutividade térmica ($\lambda$) e o comprimento do conductor ($L$) da seguinte forma:

$\displaystyle\frac{1}{ k }=\displaystyle\frac{1}{ \alpha_i }+\displaystyle\frac{1}{ \alpha_e }+\displaystyle\frac{ L }{ \lambda }$

$\alpha_e$
Coeficiente de transmissão externa
$W/m^2K$
10162
$\alpha_i$
Coeficiente de transmissão interna
$W/m^2K$
10163
$k$
Coeficiente de transporte total
$W/m^2K$
5174
$L$
Comprimento do conductor
$m$
5206
$\lambda$
Condutividade térmica
$J/m s K$
5204

Com la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$), la diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$), la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$) e la diferença de temperatura ($\Delta T$), obtemos

$ \Delta T = \Delta T_i + \Delta T_0 + \Delta T_e $



que pode ser reescrito com la calor transportado ($dQ$), la variação de tempo ($dt$), la seção ($S$)

$ q = \alpha_i \Delta T_i $



$ q = \alpha_e \Delta T_e $



e com la condutividade térmica ($\lambda$) e o comprimento do conductor ($L$)

$ q = \displaystyle\frac{ \lambda }{ L } \Delta T_0 $



como

$\Delta T_i + \Delta T_0 + \Delta T_e = \displaystyle\frac{1}{S} \displaystyle\frac{dQ}{dt} \left(\displaystyle\frac{1}{\alpha_i} + \displaystyle\frac{1}{\alpha_e} + \displaystyle\frac{L}{\lambda}\right)$



então podemos definir um coeficiente combinado como

$\displaystyle\frac{1}{ k }=\displaystyle\frac{1}{ \alpha_i }+\displaystyle\frac{1}{ \alpha_e }+\displaystyle\frac{ L }{ \lambda }$

ID:(3486, 0)



Temperatura na superfície interna do condutor

Equação

>Top, >Modelo


La temperatura da superfície interna ($T_{is}$) não é igual à temperatura do próprio meio, que é La temperatura interna ($T_i$). Essa temperatura pode ser calculada a partir de la diferença de temperatura ($\Delta T$), o coeficiente de transporte total (médio múltiplo, duas interfaces) ($k$) e o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$) usando a seguinte fórmula:

$ T_{is} = T_i - \displaystyle\frac{ k }{ \alpha_i } \Delta T $

$\alpha_i$
Coeficiente de transmissão interna
$W/m^2K$
10163
$k$
Coeficiente de transporte total
$W/m^2K$
5174
$\Delta T$
Diferença de temperatura
$K$
10161
$T_{is}$
Temperatura da superfície interna
$K$
5212
$T_i$
Temperatura interna
$K$
5208

Com la calor transportado ($dQ$), la variação de tempo ($dt$), la seção ($S$), la diferença de temperatura ($\Delta T$) e o coeficiente de transporte total (médio múltiplo, duas interfaces) ($k$), temos

$ q = k \Delta T $



o que, com o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$) e la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$)

$ q = \alpha_i \Delta T_i $



resulta em

$k\Delta T = \alpha_i \Delta T_i$



e com la temperatura interna ($T_i$) e la temperatura da superfície interna ($T_{is}$) e

$ \Delta T_i = T_i - T_{is} $



resulta em

$ T_{is} = T_i - \displaystyle\frac{ k }{ \alpha_i } \Delta T $

ID:(15121, 0)



Temperatura na superfície externa do condutor

Equação

>Top, >Modelo


La temperatura da superfície externa ($T_{es}$) não é igual à temperatura do meio, que é La temperatura externa ($T_e$). Essa temperatura pode ser calculada a partir de la diferença de temperatura ($\Delta T$), o coeficiente de transporte total (médio múltiplo, duas interfaces) ($k$) e o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$) usando a seguinte fórmula:

$ T_{es} = T_e + \displaystyle\frac{ k }{ \alpha_e } \Delta T $

$\alpha_e$
Coeficiente de transmissão externa
$W/m^2K$
10162
$k$
Coeficiente de transporte total
$W/m^2K$
5174
$\Delta T$
Diferença de temperatura
$K$
10161
$T_{es}$
Temperatura da superfície externa
$K$
5214
$T_e$
Temperatura externa
$K$
5207

Com la calor transportado ($dQ$), la variação de tempo ($dt$), la seção ($S$), la diferença de temperatura ($\Delta T$) e o coeficiente de transporte total (médio múltiplo, duas interfaces) ($k$), obtemos

$ q = k \Delta T $



que, com o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$) e la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$)

$ q = \alpha_e \Delta T_e $



resulta em

$k\Delta T = \alpha_e \Delta T_e$



e com la temperatura externa ($T_e$) e la temperatura da superfície externa ($T_{es}$) e

$ \Delta T_e = T_{es} - T_e $



resulta em

$ T_{es} = T_e + \displaystyle\frac{ k }{ \alpha_e } \Delta T $

ID:(15122, 0)



Constante de transporte total (um meio, uma interface)

Equação

>Top, >Modelo


O valor de o coeficiente de transporte total ($k$) na equação de transporte é determinado usando o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$), la condutividade térmica ($\lambda$) e o comprimento do conductor ($L$) da seguinte forma:

$ \displaystyle\frac{1}{ k }=\displaystyle\frac{1}{ \alpha_e }+\displaystyle\frac{ L }{ \lambda }$

$\alpha_e$
Coeficiente de transmissão externa
$W/m^2K$
10162
$k$
Coeficiente de transporte total
$W/m^2K$
5174
$L$
Comprimento do conductor
$m$
5206
$\lambda$
Condutividade térmica
$J/m s K$
5204

ID:(3619, 0)



Constante de transporte total (várias mídias, duas interfaces)

Equação

>Top, >Modelo


O valor de la taxa de fluxo de calor ($q$) na equação de transporte é determinado usando o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$), o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$), la elemento de condutividade térmica i ($\lambda_i$) e ($$)9880 < /var> da seguinte forma:

$\displaystyle\frac{1}{ k }=\displaystyle\frac{1}{ \alpha_i }+\displaystyle\frac{1}{ \alpha_e }+\sum_i\displaystyle\frac{ L_i }{ \lambda_i }$

$\alpha_e$
Coeficiente de transmissão externa
$W/m^2K$
10162
$\alpha_i$
Coeficiente de transmissão interna
$W/m^2K$
10163
$k$
Coeficiente de transporte total
$W/m^2K$
5174
$L_k$
Comprimento do elemento i
$m$
9880
$\lambda_k$
Elemento de condutividade térmica i
$J/m s K$
9879

ID:(7730, 0)



Constante de transferência de calor de gás

Equação

>Top, >Modelo


No caso de um meio se deslocar com uma constante de uma velocidade média ($v_m$) e o coeficiente de transmissão em gases, dependente da velocidade ($\alpha_{gv}$) ser igual a

$ \alpha_{gv} = \alpha_{g0} \left(1+\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{g0} }\right)$

$\alpha_g$
Coeficiente de transmissão em gases, dependente da velocidade
$W/m^2K$
8180
$\alpha_{g0}$
Coeficiente de transmissão em gases, independente da velocidade
$W/m^2K$
8181
$v_{g0}$
Coeficiente de transmissão fator de velocidade do gás
$m/s$
8183
$v_m$
Velocidade média
$m/s$
5250



onde o coeficiente de transmissão em gases, independente da velocidade ($\alpha_{g0}$) representa a situação em que o meio não se desloca e o coeficiente de transmissão fator de velocidade do gás ($v_{g0}$) é a velocidade de referência.

A constante de transferência térmica do material no caso de um gás em repouso é igual a $5,6 J/m^2sK$, enquanto a velocidade de referência é de $1,41 m/s$.

ID:(7715, 0)



Constante de transferência de calor líquido

Equação

>Top, >Modelo


Se um meio está se deslocando com uma constante de o coeficiente de transmissão em líquido, dependente da velocidade ($\alpha_{wv}$) e la velocidade média ($v_m$) é igual a

$ \alpha_{wv} = \alpha_{w0} \left(1+\sqrt{\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{w0} }}\right)$

$\alpha_l$
Coeficiente de transmissão em líquido, dependente da velocidade
$W/m^2K$
5211
$\alpha_{l0}$
Coeficiente de transmissão em líquido, independente da velocidade
$W/m^2K$
5210
$v_{l0}$
Coeficiente de transmissão fator de velocidade do líquido
0.0278
$m/s$
7719
$v_m$
Velocidade média
$m/s$
5250



onde o coeficiente de transmissão em líquido, independente da velocidade ($\alpha_{w0}$) representa o caso em que o meio não está se deslocando, e o coeficiente de transmissão fator de velocidade do líquido ($v_{w0}$) é a velocidade de referência.

A constante de transferência térmica do material para o caso de um líquido em repouso é igual a $340 J/m^2sK$, enquanto a velocidade de referência é de $0,0278 m/s$.

ID:(7714, 0)



Condutividade térmica do solo seco

Equação

>Top, >Modelo


A modelagem da condutividade térmica em um meio poroso, como o solo, é um desafio. Neste estudo, foram realizadas análises em uma ampla variedade de amostras e foi desenvolvido um modelo numérico para prever la condutividade térmica em solo seco ($\lambda_b$) com base nas texturas do solo [1].

A relação de la condutividade térmica em solo seco ($\lambda_b$) foi determinada com base em la condutividade térmica na areia ($\lambda_a$), la condutividade térmica em lodo ($\lambda_i$), la condutividade térmica em argila ($\lambda_c$) e la fração mássica de areia na amostra ($g_a$), la fração de massa de lodo na amostra ($g_i$), la fração mássica de argila na amostra ($g_c$), usando a seguinte fórmula:

$ \lambda_b = \lambda_a g_a + \lambda_i g_i + \lambda_c g_c $

[1] "Physical principles and calculation methods of moisture and heat transfer in cable trenches." (Princípios físicos e métodos de cálculo de transferência de umidade e calor em valas de cabos), Brakelmann, H., etz-Report 19, 93p. (1984), Berlim; Offenbach.

ID:(15130, 0)



Condutividade térmica do solo com água

Equação

>Top, >Modelo


A modelagem da condutividade térmica em um meio poroso, como o solo, é um desafio. Neste estudo, foram realizadas análises em uma ampla variedade de amostras e foi desenvolvido um modelo numérico para prever la condutividade térmica em solo seco ($\lambda_b$) com base nas texturas do solo [1].

A relação de la condutividade térmica em solo seco ($\lambda_b$) foi determinada com base em la condutividade térmica na areia ($\lambda_a$), la condutividade térmica em lodo ($\lambda_i$), la condutividade térmica em argila ($\lambda_c$) e la fração mássica de areia na amostra ($g_a$), la fração de massa de lodo na amostra ($g_i$), la fração mássica de argila na amostra ($g_c$), usando a seguinte fórmula:

$ \lambda = \lambda_w^{\Phi} \lambda_b^{1-\Phi} e^{-\beta \Phi (1-\theta_S)^2}$

[1] "Physical principles and calculation methods of moisture and heat transfer in cable trenches." (Princípios físicos e métodos de cálculo de transferência de umidade e calor em valas de cabos), Brakelmann, H., etz-Report 19, 93p. (1984), Berlim; Offenbach.

ID:(15131, 0)