Introdução as Ciências Térmicas Sistemas Térmicos érmicos Professor: Daniel Padilha Setti
Introdução •
Termodinâmica •
Estudo das transformações da energia associada com matéria ou volume
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Energia pode ser absorvida ou liberada pelo sistema
•
A primeira lei da termodinâmica é um enunciado da conservação de energia
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Relacionamento entre as várias grandezas físicas
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Mecânica dos Fluidos •
Transporte de energia
•
Sistema de aquecimento de água ou ar
•
Fluido é definido que se deforma continuamente continuamente
•
•
Fluido como líquido
•
Fluido como gás
•
Combinação de líquido e gás
Fluido fornece um meio para o transporte de energia, requer um gasto de energia •
O projeto das superfícies por onde o fluido vai escoar
•
Minimizar a quantidade de energia requerida para transportar o 3
Mecânica dos Fluidos •
Propriedade dos fluidos •
Densidade massa do fluido por unidade de volume
•
Pressão de vapor
–
–
pressão na qual o líquido evapora está
em equilíbrio com o seu próprio vapor •
Tensão superficial
–
atração molecular em um líquido
próximo de uma superfície ou outro fluido •
Velocidade do som velocidade na qual a onda acústica se –
movimenta no fluido 4
Transferência de calor •
Transferência de uma determinada forma de energia •
Duas substâncias à temperatura temperatura diferentes colocadas em contato
•
Se uma diferença de temperatura está presente, existe um fluxo de energia
•
Quando a transferência de energia é o resultado de apenas uma diferença de temperatura, sem trabalho, a transferência de energia recebe o nome de transferência de calor
•
Transferência de energia entre sólidos e fluidos ou em combinações
•
Categorias para classificar a transferência de calor •
Condução, convecção convecção e radiação 5
Transferência de calor •
Condução de Calor •
Transferência de energia através de uma substância •
Sólido ou fluido –
Difusão de calor ou energia, gradiente de temperatura
–
Transferência de energia de dentro do fluido devido ao movimento do fluido
–
Em metais esse mecanismo é acelerado pelos elétrons livres, quando excitados, afastam-se da face mais aquecida
•
O diamante, é um isolante elétrico mas é capaz de conduzir calor mais eficientemente que a prata e o cobre
•
Sólidos não metálicos, o mecanismo básico de condução está associado ás vibrações das estruturas eletrônicas
•
Os materiais conhecidos como isolantes, as moléculas vibram, não transmitem energia tão eficiente , os vazios contém ar
Transferência de calor
Transferência de calor
Transferência de calor •
Condução de Calor •
Condutor anisotrópico e homogêneo •
O valor medido da K depende da orientação da amostra, das propriedades termodinâmicas, mas independe do ponto onde é realizada a medição
•
Condutor isotrópico e homogêneo •
A T pode alterar significativamente o valor de k
•
O valor da condutibilidade térmica pode diferenciar os materiais bons e maus condutores
Transferência de calor •
Condução de Calor •
Condutor anisotrópico e homogêneo •
O valor medido da K depende da orientação da amostra, das propriedades termodinâmicas, mas independe do ponto onde é realizada a medição
•
Condutor isotrópico e homogêneo •
A T pode alterar significativamente o valor de k
•
O valor da condutibilidade térmica pode diferenciar os materiais bons e maus condutores
Transferência de calor
Transferência de calor •
Convecção de Calor •
Transferência ransferência de energia do fluido f luido para superfície sólida
•
Difusão de energia do fluido devido a presença de gradiente gradiente de temperatura temperatura dentro do fluido
•
Transferência de energia de dentro do fluido devido ao movimento do fluido de uma posição para outra
•
Escoamento interno
•
Muitos fatores devem ser levados em consideração para alcançar esse objetivo
Transferência de calor •
Convecção de Calor •
Propriedades dos fluidos •
Densidade,
condutibilidade
térmica,
viscosidade
dinâmica e calor específico •
O fluido sobre uma mudança de fase, o calor lentamente é importante
Transferência de calor
Transferência de calor •
Convecção de Calor •
Onde colocar o termômetro
•
A
temperatura
próximo
a
peça
quente
será
consideravelmente maior, que a temperatura longe dela •
Medição em um ponto longe da peça, podemos considerar uma temperatura do fluido
Transferência de calor
Transferência de calor •
Radiação Térmica •
Uma superfície real depende das características da superfície •
•
Polimento (rugosidade), oxidação (limpeza)...
A radiação térmica de superfície real, será menor que a do corpo negro
•
Taxa de transferência de calor que deixa a superfície do corpo
•
Taxa de transferência de calor que penetra na superfície
Transferência de calor •
Radiação Térmica •
Corpo negro •
Superfície é um absorvedor ideal de radiação incidente, independente do comprimento de onda
•
Irradiação •
•
Absortividade •
•
A taxa na qual a radiação atinge a superfície
Fração da radiação incidente incidente que é absorvida a bsorvida pela superfície
Refletividade •
É a fração da radiação total incidida e refletida refletida pela superfície •
Reflexão especular o ângulo de incidência igual reflexão
•
Reflexão difusa
–
–
o ângulo de reflexão uniformemente
Transferência de calor •
Radiação Térmica •
Transmissividade •
Fração da radiação total incidente que é transmitida através de m corpo
•
Emissividade •
•
Quantidade de energia irradiada pela superfície
Corpo cinzento cinzento •
Emissividade
e
Absortividade
da
independente do comprimento de onda
sua
superfície
são
