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Transferência de calor
Storyboard 
O calor é conduzido dentro de um meio até a interface com outro meio. Entre os dois, o calor é transferido com base na diferença de temperatura entre os meios, na superfície de contato e em uma constante de transferência térmica. Quando um dos meios é um gás (por exemplo, ar) ou um líquido (por exemplo, água), a constante de transferência térmica depende da estrutura da interface e da velocidade de fluxo do meio gasoso ou líquido.
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Transferência de calor
Storyboard
O calor é conduzido dentro de um meio até a interface com outro meio. Entre os dois, o calor é transferido com base na diferença de temperatura entre os meios, na superfície de contato e em uma constante de transferência térmica. Quando um dos meios é um gás (por exemplo, ar) ou um líquido (por exemplo, água), a constante de transferência térmica depende da estrutura da interface e da velocidade de fluxo do meio gasoso ou líquido.
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Exemplos
Considere um volume onde part culas colidem com as paredes a uma velocidade que representa a sua temperatura. Sempre que atingem uma grelha central, colidem com os tomos de um s lido, fazendo-os oscilar. Essa oscila o propaga-se atrav s do s lido at atingir a extremidade oposta, onde a energia transferida para o g s por meio de novas colis es.
Experimenta o:
Pode-se ajustar a velocidade das part culas nas caixas laterais e observar como a energia transferida para o s lido e, a seguir, para o g s do lado oposto.
O principal impulsionador da transfer ncia de calor de um meio para um condutor a diferen a de temperatura. No meio la temperatura interna ($T_i$), as part culas t m mais energia e, ao colidirem com as do condutor a uma temperatura da superfície interna ($T_{is}$), tendem a aumentar a energia deste ltimo. Essa intera o pode ser representada da seguinte forma:
Al m da temperatura em si, o fluxo de calor depende de la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$):
Outro fator fundamental o n mero de tomos aos quais a amplitude de oscila o pode ser aumentada, o que depende de la seção ($S$). Por fim, devemos considerar as propriedades da superf cie, descritas por o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$), que corresponde rela o entre o calor transmitido, a rea superficial, a diferen a de temperatura e o tempo decorrido:
Dessa maneira, estabelecemos uma rela o 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:
O principal impulsionador da transfer ncia de calor de um condutor para um meio a diferen a de temperatura. Quando la temperatura da superfície externa ($T_{es}$), as part culas t m mais energia e oscilam com uma amplitude maior ao interagirem com os tomos e mol culas do meio a uma temperatura externa ($T_e$). Isso tende a aumentar a energia destes ltimos. Essa intera o pode ser representada da seguinte forma:
Al m da temperatura, o fluxo de calor depende de la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$).
Outro fator fundamental o n mero de tomos que podem ter aumentada a sua amplitude de oscila o, 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 rela o entre o calor transmitido, a rea superficial, a diferen a de temperatura e o tempo decorrido:
Dessa forma, estabelecemos uma rela o 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:
A primeira descri o do modelo de transmiss o de calor na interface entre dois meios foi desenvolvida por Thomas Graham Balfour [1]. Sua teoria sugere que a taxa de calor transmitido depende da diferen a de temperatura e de uma constante espec fica da interface.
Quando o calor transferido para o condutor, representado por la taxa de fluxo de calor ($q$) juntamente com o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$) e la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$), a rela o expressa pela seguinte equa o:
No caso de o calor passar do condutor, identificado por la taxa de fluxo de calor ($q$) com o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$) e la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$), a rela o especificada como:
[1] "The Theory of Heat" (A Teoria do Calor), Thomas Graham Balfour, 1876.
O sistema b sico inclui uma transfer ncia gerada por la diferença de temperatura ($\Delta T$), que consiste de la diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$), la diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$) e la diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$). Portanto:
Com la taxa de fluxo de calor ($q$) sendo respons vel pela transfer ncia entre o interior e o condutor, utilizando o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$):
A condu o envolve la condutividade térmica ($\lambda$) e o comprimento do conductor ($L$):
E a transfer ncia do condutor para o exterior, com o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$), representada por:
Tudo isso representado graficamente por:
Um dos efeitos da transfer ncia de calor de um condutor para um meio externo o aquecimento do meio pr ximo interface, criando uma zona de interfer ncia na transmiss o. Isso diminui a efici ncia da transfer ncia e tende a formar uma camada isolante que reduz o fluxo de energia.
No entanto, esse efeito pode mudar na presen a de vento. O vento pode remover a camada de tomos e mol culas em alta temperatura, aumentando a efici ncia da transfer ncia de calor. Isso indica que o coeficiente de transmissão ($\alpha$) influenciado por la velocidade média ($v_m$) [1,2]:
Nesse contexto, modelamos a rela o com base em ERROR:9844,0 e um fator de refer ncia de o velocidade de referência de mídia ($v_0$).
A rela o matem tica que descreve esse fen meno para um g s 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 ($v_{g0}$) :
E para um l quido 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 ($v_{w0}$):
Isso demonstra como o vento pode influenciar significativamente a efici ncia da transfer ncia de calor entre um condutor e um meio externo.
[1] " ber Fl ssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung" (Sobre o Movimento de Fluidos com Muito Pouca Fric o), Ludwig Prandtl, 1904
[2] "Die Abh ngigkeit der W rme bergangszahl von der Rohrl nge" (A Depend ncia do Coeficiente de Transfer ncia de Calor com o Comprimento da Tubula o), Wilhelm Nusselt, 1910
La diferença de temperatura na interface interna ($\Delta T_i$) calculado subtraindo la temperatura da superfície interna ($T_{is}$) de la temperatura interna ($T_i$):
La diferença de temperatura na interface externa ($\Delta T_e$) calculado subtraindo la temperatura da superfície externa ($T_{es}$) de la temperatura externa ($T_e$):
No caso de um s lido e de maneira semelhante para um l quido, podemos descrever o sistema como uma estrutura de tomos ligados por algo que se comporta como uma mola. Quando ambas as extremidades t m 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 ($T_{es}$):
No processo de transfer ncia 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 m dia 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 tr s varia es equivale queda total, ou seja, la diferença de temperatura ($\Delta T$), como mostrado abaixo:
O La taxa de fluxo de calor ($q$) definido com base em la calor transportado ($dQ$) passando por la seção ($S$) em la variação de tempo ($dt$):
Dessa maneira, estabelecemos uma rela o 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 ($\alpha_i$):
Dessa forma, estabelecemos uma rela o 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 ($\alpha_e$):
O fluxo de calor ($q$) uma fun o de la condutividade térmica ($\lambda$), o comprimento do conductor ($L$) e la diferença de temperatura no condutor ($\Delta T_0$):
Se um meio est se deslocando com uma constante de o coeficiente de transmissão em líquido, dependente da velocidade ($\alpha_{wv}$) e la velocidade média ($v_m$) igual a
onde o coeficiente de transmissão em líquido, independente da velocidade ($\alpha_{w0}$) representa o caso em que o meio n o est se deslocando, e o coeficiente de transmissão fator de velocidade do líquido ($v_{w0}$) a velocidade de refer ncia.
A constante de transfer ncia t rmica do material para o caso de um l quido em repouso igual a $340 J/m^2sK$, enquanto a velocidade de refer ncia de $0,0278 m/s$.
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
onde o coeficiente de transmissão em gases, independente da velocidade ($\alpha_{g0}$) representa a situa o em que o meio n o se desloca e o coeficiente de transmissão fator de velocidade do gás ($v_{g0}$) a velocidade de refer ncia.
A constante de transfer ncia t rmica do material no caso de um g s em repouso igual a $5,6 J/m^2sK$, enquanto a velocidade de refer ncia de $1,41 m/s$.
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