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Transferência de Calor por Radiação Térmica Natureza da Transferência de Calor Radiante Condução: Transferência de calor de uma parte de um corpo para.

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1 Transferência de Calor por Radiação Térmica Natureza da Transferência de Calor Radiante Condução: Transferência de calor de uma parte de um corpo para outra Convecção: Calor é transferido pela mistura real do material e pela condução Radiação: Calor radiante é transferido sem aquecimento do meio pelo qual o calor está ocorrendo o fenômeno. A transferência de calor por radiação se dá pelas ondas de radiação eletromagnética. Estas ondas seguem as mesmas leis que a luz: viajam em linha reta e podem ser transmitidas através do espaço e pelo vácuo

2 Transferência de Calor por Radiação Térmica

3 Far Infrared – Molecular Rotation Near Infrared – Molecular vibration Visible or Ultraviolet – Displacement of outer electrons of na atom X-rays – Displacement of inner electrons of na atom

4 Transferência de Calor por Radiação Térmica A transferência de calor por radiação é importante onde há uma grande diferença de temperatura entre superfícies Fornos de processo Fornalhas Secadores radiantes Fornos de assar alimentos

5 Transferência de Calor por Radiação Térmica Mecanismo de transferência de calor por radiação Energia térmica da fonte quente é convertida em de ondas de radiação eletromagnéticas As ondas percorrem os espaços entre os corpos em linhas retas e atingem o objeto frio As ondas eletromagnéticas que atingem o corpo frio são absorvidas e convertidas novamente em energia térmica ou calor

6 Transferência de Calor por Radiação Térmica Definições onde é a fração da energia transmitida, é a fração absorvida (ou absortividade) e a fração refletida. Em aplicações de engenharia =0 e Absortividade: Fração de energia radiante incidente que é absorvida pelo corpo Corpos Negros: Corpos que absorvem 100% da energia radiante incidente

7 Transferência de Calor por Radiação Térmica

8 Emissividade ) Razão entre o poder emissivo de uma superfície e a de um corpo negro. Lei de Kirchhoff: Para uma dada T 1, 1 e de uma superfície, (válida para qualquer superfície sólida) Para um corpo Negro: onde Q é a taxa de transferência de calor, é uma constante (5,676x10 -8 W/m 2 K 4 ou 0,1714x10 -8 BTU/h ft °R 4 ) e T é a temperatura do corpo negro.

9 Transferência de Calor por Radiação Térmica Para um corpo não Negro, < 1 e: Corpo Cinza: Material com < 1 e com emissividade independente do comprimento de onda

10 Transferência de Calor por Radiação Térmica

11 Radiação de uma vizinhança grande para um objeto pequeno T 1 ; A 1 T2T2

12 Transferência de Calor por Radiação Térmica Emissão de calor radiante do corpo 1: Emissão de calor radiante para corpo 1: Taxa líquida de calor: (Equação de Stefan-Boltzman)

13 Transferência de Calor por Radiação Térmica Exemplo: Um pequeno tubo metálico horizontal oxidado com diâmetro externo de m, comprimento de 0,61 m e temperatura superficial de 588 K está inserido em uma grande fornalha com temperatura de parede e do ar de 1088 K. A emissividade do tubo a 1088 K é 0,60 e a 588 K é 0,46. Calcule a taxa de calor para o tubo por radiação.

14 Transferência de Calor por Radiação Térmica Transferência de calor por radiação e convecção Calcular a taxa de calor convectiva (Q c ) (natural ou forçada) Calcular a taxa de calor por radiação (Q r ) utilizando a equação de Stefan-Boltzman

15 Transferência de Calor por Radiação Térmica Exemplo: Refaça o exemplo anterior considerando tanto a convecção natural (com hc = 1,32( D) (1/4) ) quanto a radiação.

16 Transferência de Calor por Radiação Térmica Fator forma (F 12 ): O tamanho, a forma e a orientação de duas superfícies radiantes são fatores determinantes na obtenção da taxa de transferência de calor líquida entre elas.

17 Transferência de Calor por Radiação Térmica Fator forma para duas placas negras infinitas e paralelas Como toda a radiação de 1 é interceptada por 2 e toda radiação de 2 é interceptada por 1, o fator forma F 12 = F 21 = 1.

18 Transferência de Calor por Radiação Térmica Fator forma para duas placas cinzas infinitas e paralelas P1 emite 1 A 1 T 1 4 para P2 P2 absorve 2 ( 1 A 1 T 1 4 ) P2 reflete (1- 2 )( 1 A 1 T 1 4 ) para P1 P1 reflete (1- 1 )(1- 2 )( 1 A 1 T 1 4 ) para P2 P2 absorve (1- 1 )(1- 2 )( 1 A 1 T 1 4 ) Este processo continua e a quantidade total absorvida por P2 é :

19 Transferência de Calor por Radiação Térmica

20 Exemplo: Duas placas cinzas muito grandes e paralelas tem emissividade 1 =0,8 e 2 =0,7. A superfície 1 está a K e a superfície 2 está a K. Qual a taxa líquida de calor radiante da placa 1 para a 2? Qual seria a taxa líquida se as placas fossem negras?

21 Transferência de Calor por Radiação Térmica Equação geral do fator forma dA 2 dA 2 Cos dw 1 r Normal a área dA 2 Cos P dA IBIB dw intensidade de radiação do corpo negro definição de ângulo sólido

22 Transferência de Calor por Radiação Térmica Equação geral do fator forma N1N1 dA 1 N2N2 A1A1 A2A2 dA 2 r

23 Transferência de Calor por Radiação Térmica Equação geral do fator forma

24 Transferência de Calor por Radiação Térmica Equação geral do fator forma

25 Transferência de Calor por Radiação Térmica Fator forma para corpos negros com diversas geometrias Relação de Reciprocidade: A 1 F 12 = A 2 F 21 Reciprocidade (diversas superfícies): A i F ij =A j F ji Se A 1 enxerga somente A 2 : F 12 = 1,0 Se A 1 enxerga A 2, A 3,... e forma uma figura fechada: F 11 +F 12 +F =1,0 Se A 1 não enxerga a si: F 11 = 0.0

26 Transferência de Calor por Radiação Térmica Exemplo: Determine o fator forma entre um plano A 1 coberto por uma hemisfera A 2 A2A2 A1A1 R

27 Transferência de Calor por Radiação Térmica Exemplo: Determine o fator forma entre um pequeno disco de área A 1 e um disco paralelo de área A 2. A distância entre os centros dos discos é R e o raio de A 2 é a. R A1A1 A2A2 ax dx r dA 2

28 Transferência de Calor por Radiação Térmica Superfícies infinitas no sentido que sai do papel

29 Transferência de Calor por Radiação Térmica Superfícies infinitas no sentido que sai do papel

30 Transferência de Calor por Radiação Térmica

31

32 A 1 <

33 Transferência de Calor por Radiação Térmica A 1 <

34 Transferência de Calor por Radiação Térmica A 1 <


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