Problema 39 (Prova BR Distribuidora - Engenheiro Químico - 2011): •
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O calor pode ser transmitido de diversas formas.
Basicamente, os processos de transmissão de calor são:
(A) condução, convecção e dilatação
(B) condução, dilatação e resistência de depósito
(C) radiação, convecção e condução
(D) irradiação, condução e convecção
(E) resistência de depósito, dilatação e irradiação
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O calor pode ser transmitido de diversas formas.
Basicamente, os processos de transmissão de calor são:
(A) condução, convecção e dilatação
(B) condução, dilatação e resistência de depósito
(C) radiação, convecção e condução
(D) irradiação, condução e convecção
(E) resistência de depósito, dilatação e irradiação
Passo 1
O enunciado pede que você escolha, entre as alternativas dadas, quais são os processos básicos de transmissão de calor. Ele fornece cinco alternativas (A) a (E). Vou listar exatamente as opções para ficar claro o que é pedido:
(A) condução, convecção e dilatação
(B) condução, dilatação e resistência de depósito
(C) radiação, convecção e condução
(D) irradiação, condução e convecção
(E) resistência de depósito, dilatação e irradiação
(A) condução, convecção e dilatação
(B) condução, dilatação e resistência de depósito
(C) radiação, convecção e condução
(D) irradiação, condução e convecção
(E) resistência de depósito, dilatação e irradiação
Passo 2
Vamos entender o que significa cada candidato razoável das opções — primeiro a condução.
Condução é o transporte de energia térmica através de um material por interação direta entre partículas (átomos, moléculas, elétrons) sem movimento macroscópico do material. Um exemplo clássico: você aquece uma extremidade de uma barra metálica e a outra extremidade esquenta depois — o calor percorre a barra por condução.
A fórmula que descreve o fluxo de calor por condução em uma direção unidimensional (Lei de Fourier) é:
Condução é o transporte de energia térmica através de um material por interação direta entre partículas (átomos, moléculas, elétrons) sem movimento macroscópico do material. Um exemplo clássico: você aquece uma extremidade de uma barra metálica e a outra extremidade esquenta depois — o calor percorre a barra por condução.
A fórmula que descreve o fluxo de calor por condução em uma direção unidimensional (Lei de Fourier) é:
Expliquei as variáveis:
é a taxa de calor (potência) transmita pela superfície, em watts (
);
é a condutividade térmica do material em
;
é a área através da qual o calor passa em
;
é o gradiente de temperatura (variação de temperatura por comprimento) em
. O sinal negativo indica que o calor flui no sentido de decrescimento da temperatura.
Passo 3
Agora convecção. Convecção é transferência de calor entre uma superfície e um fluido em movimento (gás ou líquido). Envolve transporte térmico devido ao movimento macroscópico do fluido e difusão térmica. Exemplos: aquecer água numa panela com agitação (convecção forçada) ou o ar quente subindo (convecção natural).
A lei simples que usamos em engenharia é a “Lei do Resfriamento de Newton”:
A lei simples que usamos em engenharia é a “Lei do Resfriamento de Newton”:
Variáveis:
é a potência térmica trocada (
),
é o coeficiente convectivo (
),
é a área de troca (
),
é a temperatura da superfície (
ou
) e
é a temperatura do fluido distante. Observe que a convecção requer um fluido em contato com a superfície.
Passo 4
Agora radiação. Radiação térmica é a transferência de energia através de ondas eletromagnéticas; não precisa de meio material — pode ocorrer no vácuo (por isso sentimos o calor do Sol no espaço). É descrita, para superfícies ideais, pela lei de Stefan–Boltzmann:
Variáveis:
é a emissividade da superfície (adimensional, entre 0 e 1),
é a constante de Stefan–Boltzmann (
),
é a área,
e
são temperaturas absolutas em kelvin. Importante: radiação não precisa de meio, é o único dos três que atua no vácuo.
Passo 5
Resumo conceitual e exemplos práticos para fixar (do jeito que cai na prova):
- Condução: ocorre em sólidos (e em fluídos também localmente), sem transporte macroscópico; exemplo: calor num cabo metálico.
- Convecção: exige fluido e envolve transporte pelo movimento do fluido; exemplo: aquecimento de ar por um radiador.
- Radiação: transferência por ondas eletromagnéticas, ocorre mesmo no vácuo; exemplo: calor do Sol chegando à Terra.
Passo 6
Agora eliminando as alternativas erradas, verificando os termos:
- Alternativa (A): coloca “dilatação” no lugar de radiação ou convecção. “Dilatação” é mudança de volume/forma por variação de temperatura (efeito térmico), não é um modo de transferência de calor. Portanto (A) está errada.
- Alternativa (B): inclui “resistência de depósito” e “dilatação” — termos que não são os modos básicos de transmissão de calor. Errada.
- Alternativa (E): mistura termos inadequados; “resistência de depósito” e “dilatação” novamente não são os processos básicos. Errada.
- Alternativa (D): traz “irradiação, condução e convecção”. A palavra “irradiação” é usada informalmente para se referir à ação de irradiar, mas o nome técnico padrão do processo é “radiação” (ou “radiação térmica”). A alternativa (C) usa exatamente os três nomes consagrados: “radiação, convecção e condução”. Portanto (D) e (C) descrevem essencialmente os mesmos fenômenos, mas a redação padrão e mais correta em livros e provas é a de (C).
Passo 7
Motivação final para escolha: a literatura e os cursos de transferência de calor definem os três modos fundamentais como condução, convecção e radiação. Esses três cobrem transferência em sólidos (condução), entre superfície e fluido (convecção) e por ondas eletromagnéticas mesmo no vácuo (radiação). Termos como dilatação ou “resistência de depósito” não são modos de transmissão de calor.
Passo 8
Fique confiante: na prova, quando vir a pergunta “quais são os processos básicos de transmissão de calor?”, responda mentalmente “condução, convecção e radiação” e escolha a alternativa que contenha esses três termos.
Resposta
(C)