Transcal - AVA 1

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TRANSFERÊNCIA DE
CALOR
APRESENTAÇÃO
Olá!
Seja bem-vindo!
A transferência de energia em forma de calor pode ocorrer desde os processos simples aos
mais complicados. Um simples banho que você toma diariamente envolve transferência de
calor entre água e corpo, resistência do chuveiro e água, água e ar e entre corpo e ar. Essas
transferências de calor sempre irão ocorrer de um corpo que possui mais calor para uma
situação de menor calor, ou seja, da situação com maior temperatura para a de menor. Esse
processo acontece até que as temperaturas dos sistemas se igualem. De forma genérica, a
condução é a transferência de calor entre dois corpos que estão em contato direto, sem
intermediários, na transferência de calor. Já a convecção é o modo de transferência de calor
que necessita de um fluido em movimento para a condução do calor, ocorre entre uma
super�cie sólida e um líquido ou gás adjacente que está em movimento. A irradiação, por
sua vez, é a energia térmica emi�da pela matéria em forma de ondas eletromagné�cas.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você verá as formas como podem ocorrer as
transferências de calor. Você vai estudar sobre as transferências por condução, convecção e
irradiação. Por fim, você conhecerá os mecanismos combinados de transferência de calor
que ocorrem de forma simultânea no co�diano.
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Bons estudos.
Ao �nal desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Definir o princípio elementar da transferência de calor.
Iden�ficar como ocorre a transferência de calor por condução, convecção e irradiação.
Descrever a Lei de Fourier e os mecanismos combinados de transferência de calor.
INFOGRÁFICO
Os ambientes domés�cos são ó�mos cenários para exemplificar os modos de
transferência de calor. Em dias frios ou quentes, é comum a u�lização de aparelhos para
aquecer ou resfriar os ambientes. Os aparelhos como aquecedores, ar-condicionado e
clima�zadores são ó�mos para controlar a temperatura ambiente e proporcionar conforto
térmico.
No Infográfico, você vai poder conferir os três modos de transferência de calor no contexto
domés�co em um dia frio, com a u�lização de um aquecedor para esquentar o ambiente.
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CONTEÚDO DO LIVRO
Sempre que um sistema apresenta um gradiente de temperatura, ocorre o processo de
transferência de energia térmica em forma de calor. Esse fenômeno é simples de
exemplificar por meio de situações corriqueiras no co�diano, como quando você cozinha um
alimento, em que o calor é transferido de um ponto com maior temperatura para o menor.
No capítulo Transferência de calor, do livro Termodinâmica avançada, você vai aprender
sobre mecanismos de troca de calor. Esse sistema será u�lizado no decorrer do capítulo,
para que você entenda como ocorrem as transferências de calor por condução, convecção e
irradiação, e ainda, como as transferências podem ocorrer de forma simultânea com a
combinação de mecanismos de transferência de calor.
Boa leitura.
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DICA DO PROFESSOR
A energia emi�da pelo Sol e absorvida pela Terra está in�mamente ligada com os três
mecanismos de transferência de calor: condução, convecção e irradiação. A transferência
de calor por irradiação é o ponto inicial de transferência de calor entre Sol e Terra, os demais
mecanismos ocorrendo apenas na super�cie terrestre, entre materiais que estão em
contato direto (terra e material) ou na presença de fluidos (terra e ar e ou água). A
atmosfera terrestre tem grande influência sobre a quan�dade de energia absorvida do Sol
pela Terra.
Na Dica do Professor, você vai conhecer como os mecanismos de transferência de calor
auxiliam na manutenção da vida na Terra, além de ver como ocorrem às transferências de
energia em forma de calor, com alguns exemplos simples e reais. 
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
EXERCÍCIOS
1) No cozimento de um dado alimento em uma panela ocorrem transferências de calor
entre a chama do fogão, a panela, a água e o alimento. Considerando que não ocorra a
combinação de mecanismos, qual o mecanismo que predomina nas seguintes
transferências de calor: entre a chama do fogão e a panela, entre a panela aquecida e o
alimento. entre a panela aquecida e a água. Assinale a alterna�va que corresponde a cada
transferência de calor: .
a) Irradiação, condução e convecção, respec�vamente.
b) Condução, condução e irradiação, respec�vamente.
c) Irradiação, convecção e condução, respec�vamente. 
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d) Convecção, convecção e condução, respec�vamente.
e) Irradiação, condução e convecção, respec�vamente.
2) A transferência de energia em forma de calor na atmosfera terrestre e nos oceanos é
um fenômeno natural que ocorre constantemente. Na atmosfera, alterações nas
temperaturas são diárias quando comparamos noite e dia. Isso se deve à transferência de
calor do Sol para a Terra por meio de irradiação. Já nos oceanos, a transferência de calor
entre correntes de água com diferenças de temperatura forma as correntes marí�mas. Um
exemplo clássico desse fenômeno é a corrente do golfo, que carrega água mais quente do
golfo do México em direção ao norte, passando pela Flórida, subindo para a costa dos
Estados Unidos. As situações de transferência de calor do ar entre o dia e a noite na
atmosfera e as correntes marí�mas são exemplos de transferência de calor por:
a) condução do ar e por convecção da água. 
b) por radiação do Sol e por condução da água. 
c) por radiação do Sol e por convecção da água. 
d) por condução do ar e da água.
e) por convecção do ar e da água.
3) Considere duas casas construídas com materiais diferentes nas dimensões de 15 m de
comprimento, 9 m de largura e 0,20 m de espessura. As duas casas têm as mesmas
dimensões, entretanto uma casa é cons�tuída de paredes de �jolos e a outra é de madeira
de carvalho. Considerando que a temperatura interna das duas casas esteja em 22 °C, e,
ao anoitecer, a temperatura externa diminui para 15 °C, qual das duas casas manterá a
temperatura interna por mais tempo? U�lize k = 0,72 W/mK para o material �jolo e
k=0,17 para o material madeira.
a) A casa com paredes de �jolo, pois o maior valor da condu�vidade térmica do
material obedece a Lei de Fourier da condução térmica do material.
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b) A casa com paredes de madeira, pois a madeira de carvalho é considerada um
isolante térmico mais eficiente que o material �jolo, obedecendo a Lei de Fourier da
condução térmica do material.
c) A casa com paredes de madeira, pois a madeira de carvalho é considerada um
isolante térmico menos eficiente que o material �jolo.
d) A casa com paredes de �jolo, pois o maior valor da condu�vidade térmica do
material isola de forma mais eficaz o ambiente e a transferência do calor por
condução ocorre de forma mais lenta.
e) Os dois materiais transferem calor nas mesmas proporções. Como as duas casas
têm o mesmo tamanho, o material u�lizado para a construção da casa não terá
influência.
4) Determine a taxa total de transferência de calor entre duas placas sem movimentação
de massa de fluido por unidade de área, considerando que existem duas situações entre
as placas: na primeira situação o espaço entre as placas contém ar atmosférico; na
segunda situação o espaço entre as placas tem vácuo. As duas placas paralelas estão
separadas por L= 2,5 cm e apresentam a transferência de calor permanente com
temperaturas de 310 K e 250 k. Considere que as super�cies são corpos negros (ε = 1) e a
condu�vidade térmica do material é de k = 0,0219 W/mK para o ar. 
a) 314,44 W.
b) 300,10 W.
c) 310,06 W.
d) 341,47 W.
e) 354,71 W.
5) Calcule o fluxo de transferência de calor por convecção forçada, quando uma resistência
de secador de cabelo com área de 0,2 m2 está na temperatura de 90 °C e a temperatura
ambiente é de 30 °C. O fluxo de transferência será maior ou menor quando a temperatura
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ambiente es�ver em 20 °C? Considere de 100 W/m2K o coeficiente de transferência de
calor para o ar.
a) 1000 W/m2 quando a temperatura do ambiente está em 30 °C. Quando a
temperatura cai para 20 °C, a transferência de calor por convecção é menor.
b) 1600 W/m2 quando a temperatura do ambiente está em 30 °C. Quando a
temperatura cai para 20 °C, a transferência de calor por convecção é menor.
c) 1200 W/m2 quando a temperatura do ambiente está em 30 °C. Quando a
temperatura cai para 20 °C, a transferência de calor não muda.
d) 1200 W/m2 quando a temperatura do ambiente está em 30 °C. Quando a
temperatura cai para 20 °C, a transferência de calor por convecção é maior.
e) 1000 W/m2 quando a temperatura do ambiente está em 30 °C. Quando a
temperatura cai para 20 °C, a transferência de calor por convecção é maior.
NA PRÁTICA
Em processos industriais, a u�lização da transferência de calor por convecção para
resfriamento de fluidos advindos deles é muito comum e crucial para a sua eficiência. O
resfriamento permite o reuso da água e diminui os danos ambientais.
Neste Na Prá�ca, você vai conhecer o sistema de resfriamento de fluidos advindo de uma
usina nuclear, com a u�lização de torres de resfriamento com transferência de calor por
convecção natural, entre a água quente vinda do resfriamento dos reatores e o ar. Você vai
conhecer ainda a refrigeração pelo processo de convecção forçada, que a maioria das
empresas u�lizam, por ser um modelo mais compacto e eficiente.
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