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Transferência de calor


Uma das leis fundamentais da Física é que o calor sempre flui do local que possui temperatura mais alta para o de temperatura mais baixa, de modo que elas se igualem. Ou seja, os corpos quentes cederão calor aos mais frios.

O controle do fluxo de calor por radiação, condução e convecção pode ser controlado. A transferência de calor por cada um deles pode ser diminuída ou aumentada de acordo com a necessidade.

O fluxo de calor também é controlado (afetado) pela diferença de temperatura. Quanto maior a diferença de temperatura, maior o fluxo de calor.

Esse processo pode ocorrer de 3 formas diferentes, explicadas abaixo:

Condução

E a transferência de calor nos materiais sólidos. O calor passa de molécula para molécula da matéria, até o extremo oposto, espalhando gradativamente calor pelo corpo inteiro.

Na figura abaixo podemos verificar a condução do calor através de uma barra de metal. Aderindo pequenas bolotas de cera ao longo da barra e aquecendo apenas uma extremidade, observaremos a queda sucessiva delas, a medida que o calor se espalha ao longo da barra.

condução em uma barra de ferro

As diversas substancias existentes não conduzem igualmente o calor e, sob esse aspecto, podem ser classificadas em bons condutores se há propagação quase integral de toda quantidade de calor através de sua massa; maus condutores ou isolantes se permitem a propagação difícil e lentamente.

Os metais são bons condutores de calor enquanto que os gases, líquidos e alguns sólidos como o vidro, madeira, lã de vidro, cortiça, papel, etc., são isolantes.

Em refrigeradores essa diferença de condução de calor dos objetos e aproveitada para sua construção. A lã de vidro e o ar estacionário são muito maus condutores de calor e por isso são usados para o isolamento das paredes dos refrigeradores.

Convecção

E a transferência de calor nos fluidos (líquidos e gases). Ela consiste numa troca de átomos e moléculas decorrentes de variações de densidade.

Em uma panela com água, por exemplo, aquecida na parte inferior, as moléculas em contato direto com o fundo, que está recebendo o calor, se dilatam. Em consequência dessa dilatação, a densidade diminui e elas sobem até a superfície. Como as partículas superiores estão mais frias e com densidade maior, descem ao fundo do recipiente, formando correntes de convecção. Este processo continua e o calor é transferido a todas as partes do recipiente pelo movimento da água.

convecção na água

Na refrigeração usa-se a convecção em refrigeradores. Os evaporadores são colocados na parte superior para aproveitar as correntes de convecção naturais.

Irradiação

E o tipo de transmissão de calor que ocorre através de ondas eletromagnéticas, especialmente as radiações infravermelhas, também denominadas "ondas de calor". É o único processo de transmissão que pode ocorrer no vácuo, pois as ondas eletromagnéticas, além de se propagarem em meios materiais transparentes a elas, também se propagam no vácuo.

É por irradiação que a Terra é aquecida pelo Sol.

A energia radiante não aquece o meio pela qual se propaga, mas apenas o meio pelo qual absorvida, deixando então de ser radiante para se tornar térmica. Um bom exemplo é que a temperatura do ar, nas altas camadas da atmosfera é e baixíssima, pois apenas uma pequena fração da energia do sol é e absorvida.

A absorção das radiações é mais acentuada em superfícies escuras. Isso facilmente é percebido quando usamos uma camisa preta num dia ensolarado; uma camisa clara absorve muito menos e reflete (devolve para o ambiente) muito mais as radiações que nela incidem.

É importante lembrar do ponto acima quando for visto o tópico carga térmica.

Por fim é conhecido também que um bom absorvente térmico também é um bom emissor de calor. Um corpo preto absorve mais radiação que um branco, durante o mesmo tempo, ficando mais quente. Mas, estando na mesma temperatura e deixados à sombra, o corpo preto esfriará mais depressa do que o branco, pois é melhor emissor térmico.

A transferência de calor pode ser muito afetada pelos materiais escolhidos na construção de prédios e dos equipamentos de transferência de calor. A condução, a convecção e radiação são todas elas afetadas pelos materiais.

Na refrigeração a condução é a forma de transferência de calor que mais influencia na carga térmica e na capacidade dos equipamentos necessários para remover o calor.

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