Na produção de água quente quais são os tipos de transferência de calor existentes? Explique-os.
Passo 1
O enunciado pergunta quais mecanismos de transferência de calor atuam num sistema de produção de água quente (por exemplo, aquecedores ou caldeiras). Para responder, vamos identificar e explicar os três modos fundamentais de troca de calor: condução, convecção e radiação.
Passo 2
Condução é o transporte de energia térmica dentro de um corpo ou entre corpos em contato direto, devido ao gradiente de temperatura. É descrita pela lei de Fourier:
onde
• é a condutividade térmica do material,
• é a área de transferência,
• é a diferença de temperatura entre as faces,
• é a espessura do material.
Em aquecedores, a condução ocorre através das paredes do tanque ou dos tubos do trocador de calor, levando o calor da chama ou resistência até a superfície em contato com a água.
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Em aquecedores, a condução ocorre através das paredes do tanque ou dos tubos do trocador de calor, levando o calor da chama ou resistência até a superfície em contato com a água.
Passo 3
Convecção é a transferência de calor entre uma superfície e um fluido em movimento (líquido ou gás). É governada pela lei de resfriamento de Newton:
onde
• é o coeficiente de convecção (depende de propriedades do fluido e da geometria),
• é a temperatura da superfície,
• é a temperatura do fluido distante da superfície.
No aquecedor, há convecção dos gases quentes ao escoarem ao redor dos tubos (convecção forçada) e convecção natural ou forçada da própria água dentro do tanque, promovendo mistura e uniformização da temperatura.
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No aquecedor, há convecção dos gases quentes ao escoarem ao redor dos tubos (convecção forçada) e convecção natural ou forçada da própria água dentro do tanque, promovendo mistura e uniformização da temperatura.
Passo 4
Radiação é a emissão e absorção de energia térmica via ondas eletromagnéticas, sem necessidade de meio material. Segue a lei de Stefan–Boltzmann:
onde
• é a emissividade da superfície,
• é a constante de Stefan–Boltzmann,
• e
são temperaturas absolutas (em kelvin) da superfície emissora e do alvo.
Num aquecedor a gás, a chama irradia diretamente para as superfícies do trocador de calor; em aquecedores elétricos com resistências expostas, há radiação da resistência para o tanque ou para o fluido adjacente.
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Num aquecedor a gás, a chama irradia diretamente para as superfícies do trocador de calor; em aquecedores elétricos com resistências expostas, há radiação da resistência para o tanque ou para o fluido adjacente.
Resposta
Os três modos de transferência de calor em sistemas de produção de água quente são:
• Condução: repasse de calor através de materiais sólidos (parede do tanque ou tubos).
• Convecção: transporte térmico pelo movimento de fluidos (gases de combustão e água).
• Radiação: troca de energia por ondas eletromagnéticas (da chama ou resistência para as superfícies).
• Condução: repasse de calor através de materiais sólidos (parede do tanque ou tubos).
• Convecção: transporte térmico pelo movimento de fluidos (gases de combustão e água).
• Radiação: troca de energia por ondas eletromagnéticas (da chama ou resistência para as superfícies).