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Transferência de calor
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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.
ID:(776, 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)
Transferência de calor de e para o condutor
Conceito
A primeira descrição do modelo de transmissão 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 diferença de temperatura e de uma constante específica da interface.
Quando o calor é 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 relação é expressa pela seguinte equação:
| $ q = \alpha_i \Delta T_i $ |
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 relação é especificada como:
| $ q = \alpha_e \Delta T_e $ |
[1] "The Theory of Heat" (A Teoria do Calor), Thomas Graham Balfour, 1876.
ID:(15123, 0)
Transporte de calor
Conceito
O sistema básico inclui uma transferência 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:
| $ \Delta T = \Delta T_i + \Delta T_0 + \Delta T_e $ |
Com la taxa de fluxo de calor ($q$) sendo responsável pela transferência entre o interior e o condutor, utilizando o coeficiente de transmissão interna ($\alpha_i$):
| $ q = \alpha_i \Delta T_i $ |
A condução envolve la condutividade térmica ($\lambda$) e o comprimento do conductor ($L$):
| $ q = \displaystyle\frac{ \lambda }{ L } \Delta T_0 $ |
E a transferência do condutor para o exterior, com o coeficiente de transmissão externa ($\alpha_e$), é representada por:
| $ q = \alpha_e \Delta T_e $ |
Tudo isso é representado graficamente por:
ID:(7723, 0)
Dependência do coeficiente de transferência da velocidade do meio
Conceito
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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Cálculos
Variáveis
Parâmetros
para 
, depois, selecione a variável: 
para 
Cálculos
Cálculos
Variáve 
Dado Calcular 
Objetivo : Equação A ser usado Equação
$ \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_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
$ q = \alpha_e \Delta T_e $
q = alpha_e * DT_e
$ q = \alpha_i \Delta T_i $
q = alpha_i * DT_i
$ q \equiv \displaystyle\frac{1}{ S }\displaystyle\frac{ dQ }{ dt }$
q = dQ /( S * dt )
$ q = \displaystyle\frac{ \lambda }{ L } \Delta T_0 $
q = lambda * DT_0 / L
ID:(15335, 0)
Diferença de temperatura média para condutor
Equação
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} $ |
ID:(15117, 0)
Condutor de diferença de temperatura para médio
Equação
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 $ |
ID:(15118, 0)
Diferença de temperatura de superfície
Equação
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} $ |
ID:(15120, 0)
Variação total de temperatura
Equação
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 $ |
ID:(15115, 0)
Fluxo de calor
Equação
O La taxa de fluxo de calor ($q$) é definido com base em la calor transportado ($dQ$) passando por la seção ($S$) em la variação de tempo ($dt$):
| $ q \equiv \displaystyle\frac{1}{ S }\displaystyle\frac{ dQ }{ dt }$ |
ID:(3482, 0)
Cálculo da transmissão de calor ao condutor
Equação
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 $ |
ID:(15113, 0)
Cálculo da transferência de calor do condutor
Equação
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 $ |
ID:(15114, 0)
Cálculo da condução de calor
Equação
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 $ |
ID:(7712, 0)
Constante de transferência de calor líquido
Equação
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)$ |
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)
Constante de transferência de calor de gás
Equação
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)$ |
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)