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Transferência de Calor por Radiação Térmica

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Apresentação em tema: "Transferência de Calor por Radiação Térmica"— Transcrição da apresentação:

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

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3 Transferência de Calor por Radiação Térmica
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 t é a fração da energia transmitida, a é a fração absorvida (ou absortividade) e r a fração refletida. Em aplicações de engenharia t=0 e a+r=1. Absortividade: Fração de energia radiante incidente que é absorvida pelo corpo Corpos Negros: Corpos que absorvem 100% da energia radiante incidente

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8 Transferência de Calor por Radiação Térmica
Emissividade (e): Razão entre o poder emissivo de uma superfície e a de um corpo negro. Lei de Kirchhoff: Para uma dada T1, a1 e e1 de uma superfície, a1 = e1 (válida para qualquer superfície sólida) Para um corpo Negro: onde Q é a taxa de transferência de calor, s é uma constante (5,676x10-8 W/m2K4 ou 0,1714x10-8 BTU/h ft °R4) e T é a temperatura do corpo negro.

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Para um corpo não Negro, e < 1 e: Corpo Cinza: Material com e < 1 e com emissividade independente do comprimento de onda

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Radiação de uma vizinhança grande para um objeto pequeno T1 ; A1 T2

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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.

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Transferência de calor por radiação e convecção Calcular a taxa de calor convectiva (Qc) (natural ou forçada) Calcular a taxa de calor por radiação (Qr) utilizando a equação de Stefan-Boltzman

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Exemplo: Refaça o exemplo anterior considerando tanto a convecção natural (com hc = 1,32(DT/D)(1/4)) quanto a radiação.

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Fator forma (F12): 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.

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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 F12 = F21 = 1.

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Fator forma para duas placas cinzas infinitas e paralelas P1 emite e1A1sT14 para P2 P2 absorve e2 (e1A1sT14) P2 reflete (1-e2)(e1A1sT14) para P1 P1 reflete (1-e1)(1-e2)(e1A1sT14) para P2 P2 absorve e2(1-e1)(1-e2)(e1A1sT14) Este processo continua e a quantidade total absorvida por P2 é :

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20 Transferência de Calor por Radiação Térmica
Exemplo: Duas placas cinzas muito grandes e paralelas tem emissividade e1=0,8 e e2=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 dA2 dA2Cosq2 Normal a área dA2Cosq2 IB q2 dw1 q dw r dA P definição de ângulo sólido intensidade de radiação do corpo negro

22 Transferência de Calor por Radiação Térmica
Equação geral do fator forma N1 dA1 N2 q2 q1 A1 A2 dA2 r

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Equação geral do fator forma

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Equação geral do fator forma

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Fator forma para corpos negros com diversas geometrias Relação de Reciprocidade: A1 F12 = A2 F21 Reciprocidade (diversas superfícies): AiFij=AjFji Se A1 “enxerga” somente A2: F12 = 1,0 Se A1 “enxerga” A2, A3, ... e forma uma figura fechada: F11+F12+F13+...=1,0 Se A1 não “enxerga” a si: F11 = 0.0

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Exemplo: Determine o fator forma entre um plano A1 coberto por uma hemisfera A2 A2 A1 R

27 Transferência de Calor por Radiação Térmica
Exemplo: Determine o fator forma entre um pequeno disco de área A1 e um disco paralelo de área A2. A distância entre os centros dos discos é R e o raio de A2 é “a”. A2 dA2 dx a x q2 R q1 r A1

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Superfícies infinitas no sentido que sai do papel

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Superfícies infinitas no sentido que sai do papel

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32 Transferência de Calor por Radiação Térmica
A1<<A2

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A1<<A2

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A1<<A2


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