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:
q_{\text{cond}} = -\,k\,A\,\frac{\Delta T}{L}
onde
k é a condutividade térmica do material,
A é a área de transferência,
\Delta T é a diferença de temperatura entre as faces,
L 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.

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:
q_{\text{conv}} = h\,A\,(T_s - T_\infty)
onde
h é o coeficiente de convecção (depende de propriedades do fluido e da geometria),
T_s é a temperatura da superfície,
T_\infty 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.

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:
q_{\text{rad}} = \varepsilon\,\sigma\,A\,\bigl(T_1^4 - T_2^4\bigr)
onde
\varepsilon é a emissividade da superfície,
\sigma é a constante de Stefan–Boltzmann,
T_1 e T_2 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.

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).

Exercícios relacionados