Resistência térmica – Resistividade térmica
Na engenharia, outro conceito muito importante é frequentemente usado. Como existe uma analogia entre a difusão do calor e a carga elétrica , os engenheiros costumam usar a resistência térmica (isto é, a resistência térmica contra a condução de calor) para calcular a transferência de calor através dos materiais. A resistência térmica é o inverso da condutância térmica. Assim como uma resistência elétrica está associada à condução de eletricidade, uma resistência térmica pode estar associada à condução de calor.
Considere uma parede plana de espessura L e condutividade térmica média k. As duas superfícies da parede são mantidos a temperaturas constantes de T 1 e T 2 . Para condução de calor constante unidimensional através da parede, temos T (x). Então a lei de Fourier de condução de calor para a parede pode ser expressa como:
Definição de resistência térmica
A resistência térmica é uma propriedade de calor e uma medição de uma diferença de temperatura pela qual um objeto ou material resiste ao fluxo de calor. A resistência térmica para condução em uma parede plana é definida como:
Como o conceito de resistência térmica pode ser usado em uma variedade de ramos de engenharia, definimos:
- Resistência térmica absoluta , R t , que possui unidades de [K / W]. A resistência térmica absoluta é uma propriedade de um componente em particular, que definiu a geometria (espessura – L, área – A e forma). Por exemplo, uma característica de um trocador de calor definido. Apenas uma diferença de temperatura é necessária para resolver o calor transferido.
- Resistência térmica específica ou resistividade térmica específica, R λ , que possui unidades de [(K · m) / W]. Térmica específica é uma constante do material. A espessura do material e uma diferença de temperatura são necessárias para resolver o calor transferido.
- R-valor . O valor R (fator de isolamento térmico) é uma medida de resistência térmica. Quanto maior o valor R, maior a eficácia do isolamento. A isolação térmica possui as unidades [(m 2 .K) / W] em unidades SI ou [(pés 2 ° F · h) / Btu] em unidades imperiais. É a resistência térmica da área unitária de um material. O valor R depende do tipo de isolamento, sua espessura e densidade. É necessária uma diferença de área e temperatura para resolver o calor transferido.
Analogia à Resistência Elétrica
A equação acima para fluxo de calor é análoga à relação para fluxo de corrente elétrica I , expressa como:
onde R e = L / σ e A é a resistência elétrica e V 1 – V 2 é a diferença de tensão através da resistência (σ e é a condutividade elétrica). A analogia entre as duas equações é óbvia. A taxa de transferência de calor através de uma camada corresponde à corrente elétrica, a resistência térmica corresponde à resistência elétrica e a diferença de temperatura corresponde à diferença de tensão na camada. A diferença de temperatura é a função potencial ou motriz do fluxo de calor, resultando na equação de Fourier sendo escrita de forma semelhante à Lei de Ohm da Teoria dos Circuitos Elétricos.
As representações de circuito fornecem uma ferramenta útil para conceituar e quantificar problemas de transferência de calor. Essa analogia pode ser usada também para a resistência térmica da superfície contra a convecção de calor. Observe que quando o coeficiente de transferência de calor por convecção é muito grande (h → infinito), a resistência à convecção se torna zero e a temperatura da superfície se aproxima da temperatura do volume. Esta situação é abordada na prática em superfícies onde ocorre intensa fervura e condensação.
A transferência de calor através da parede composta pode ser calculada a partir dessas resistências. A taxa de transferência constante de calor entre duas superfícies é igual à diferença de temperatura dividida pela resistência térmica total entre essas duas superfícies.
O circuito térmico equivalente para a parede plana com condições de superfície de convecção é mostrado na figura.
Veja também: Wiedemann – Franz Law
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