Basic overview of air compressor thermodynamics
21 Abril, 2022
To better understand the physics of air compressor thermodynamics and heat generation, this article discusses the main principles and two gas laws.
Como é que o calor é transferido?
A transferência de calor é um conceito fundamental na termodinâmica, essencial para a compreensão de vários processos industriais, incluindo sistemas de ar comprimido.
Seguindo a nossa introdução à termodinâmica, este artigo explora os três principais tipos de transferência de calor: Condução, convecção e radiação, e o seu significado em diferentes aplicações.
A transferência de calor pode ocorrer de três maneiras diferentes:
Condução
Convecção
Radiação
Em situações reais, a transferência de calor ocorre simultaneamente, mas não igualmente de todas as três formas.
Em cada caso, o calor flui do quente para o frio: Este é um princípio fundamental da termodinâmica onde o calor flui naturalmente de uma região de temperatura mais alta para uma região de temperatura mais baixa.
3 tipos de transferência de calor
Condução
A condução é a transferência de calor através de um material sólido. Ocorre quando as moléculas de uma substância vibram e transferem energia para moléculas vizinhas. Este processo é crucial em muitas aplicações industriais onde os materiais precisam conduzir o calor de forma eficiente.
Exemplo de condução : Tocar numa haste de metal que foi aquecida numa extremidade O calor viaja através da haste até à sua mão.
Convecção
A convecção é a transferência de calor pelo movimento de fluidos (líquidos ou gases). Este tipo de transferência de calor é essencial em sistemas onde é necessário movimento de fluido para distribuir o calor uniformemente.
Exemplo de Convecção: Água a ferver. O calor do fogão faz com que a água no fundo se torne menos densa e aumente, enquanto a água mais fria desce.
Radiação
A radiação é a transferência de calor através de ondas eletromagnéticas. Ao contrário da condução e da convecção, a radiação não requer um meio e pode ocorrer através do espaço vazio.
Exemplo de radiação : O calor do sol a aquecer o rosto ou a assar marshmallow por um fogo. A energia do sol viaja através do vácuo do espaço e aquece objetos na Terra.
Condutividade térmica e fórmulas de transferência de calor
Fórmula de condutividade térmica
A condutividade térmica é uma medida da capacidade de um material para conduzir o calor. A fórmula é:
Q λ * A * t * (Δ T / Δ x)
em que:
- Q é o calor transferido (J),
- λ é o coeficiente de condutividade térmica (W/m*K),
- A é a área do fluxo de calor (m2),
- t é o tempo (s),
- ΔT é a diferença de temperatura (K),
- Δx é a distância (m).
Fórmula de transferência de calor para Convecção
A fórmula para transferência de calor convectivo é:
Q . - h *; A *; t *; Δ Q
em que:
- Q É a transferência de calor (J),
- h É o coeficiente de transferência de calor convectivo (W/m 2*K),
- A é a área de superfície (m2),
- t é o tempo (s),
- ΔQ É a diferença de temperatura entre a superfície e o fluido (K).
O sinal negativo indica que a transferência de calor ocorre de temperaturas mais altas para mais baixas.
Fórmula de transferência de calor de radiação
A fórmula para transferência de calor convectivo é:
Q . - K *; A *; t *; Δ Q
em que:
- Q É o calor total transmitido (J),
- K É o coeficiente de transferência de calor (W/m 2*K),
- A é a área (m2),
- t é o tempo (s),
- ΔQ É a diferença de temperatura (frio-quente) (K).
Diferença de temperatura média logarítmica (LTM) em trocadores de calor
A transmissão de calor num permutador de calor é, em cada ponto, uma função da diferença de temperatura existente e do coeficiente total de transferência de calor. Requer o uso de uma diferença logarítmica média de temperatura Өm em vez de uma ΔT aritmética linear.
A fórmula para a Diferença Média de Temperatura do Registo (LMTD) é:
Өₘ . Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )
em que:
- Өₘ É a diferença média de temperatura do registo (K),
- Ө₁ é a diferença de temperatura entre os dois fluidos numa das extremidades do permutador de calor (⁀1),
- Ө₂ é a diferença de temperatura entre os dois fluidos na outra extremidade do permutador de calor (⁀2),
- ln indica o logaritmo natural.
Aplicações de transferência de calor e recuperação de calor
A transferência de calor e a recuperação de calor são cruciais em várias indústrias, incluindo manufatura, automóvel e energia. Enquanto a transferência de calor envolve o movimento do calor de um lugar para outro, a recuperação de calor concentra-se na captura e reutilização de calor residual.
Fabrico
Na fabricação, a transferência de calor eficiente é essencial para forjamento de metal, moldagem de plástico e produção química. Uma gestão térmica adequada garante a qualidade do produto e reduz o consumo de energia. Por outro lado, os sistemas de recuperação de calor captam o calor residual destes processos e reutilizam-no noutros locais da instalação, tais como pré-aquecimento de matérias-primas ou espaços de aquecimento.
Indústria automóvel
Na indústria automóvel, a transferência de calor é fundamental para o arrefecimento do motor, o controlo climático e a gestão da bateria de veículos elétricos. Os sistemas térmicos eficazes melhoram o desempenho e a longevidade do veículo, afastando eficazmente o calor dos componentes críticos. Enquanto isso, os sistemas de recuperação de calor podem capturar o calor gerado pelos motores e sistemas de escape para melhorar a eficiência de combustível ou alimentar sistemas de veículos adicionais.
Energia
No setor da energia, a transferência de calor é fundamental para a geração de energia, seja através de combustíveis fósseis tradicionais ou de fontes renováveis, como a energia solar e a eólica. Sistemas eficientes de troca de calor maximizam a produção de energia e minimizam o desperdício. A recuperação de calor, por outro lado, envolve a captura de calor residual dos processos de geração de energia e usá-lo para outros fins, como aquecimento urbano ou geração de energia adicional através de sistemas combinados de calor e energia (CHP).
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Transferência de calor em sistemas de ar comprimido
Geração de calor durante a compressão
Durante o processo de compressão, a pressão do ar e a temperatura aumentam devido ao trabalho feito no ar. Este calor deve ser gerido para manter a eficiência do sistema e evitar danos.
Importância do ar comprimido de arrefecimento
O calor descontrolado nos sistemas de ar comprimido pode provocar danos no equipamento, redução da eficiência e condensação de humidade. Arrefecer o ar comprimido é crucial para evitar estes problemas.
Utilizando calor para equipamento auxiliar
O calor gerado em sistemas de ar comprimido pode ser utilizado em equipamentos auxiliares, como secadores e tanques de secagem, aumentando a eficiência geral do sistema.
Recuperação de calor
A recuperação de calor envolve capturar e reutilizar o calor residual gerado durante a compressão. Este processo reduz o consumo de energia, reduz os custos operacionais e promove a sustentabilidade minimizando o desperdício de energia.
Benefícios da recuperação de calor:
Consumo de energia reduzido: A utilização de calor residual reduz a dependência de fontes de aquecimento externas.
Custos operacionais mais baixos: A poupança de energia traduz-se em despesas operacionais mais baixas.
Neste vídeo, exploramos a recuperação de calor do compressor. Sabia que uma parte significativa da energia elétrica consumida pelos compressores se transforma em calor é frequentemente desperdiçada?
Com sistemas de recuperação de energia, podemos reutilizar este excesso de calor para aquecimento, secagem ou geração de água quente para tarefas como tomar banho e processos industriais como limpeza de garrafas e temperar chocolate.
Quer saber mais sobre recuperação de energia para o seu negócio? Compreender os diferentes tipos de transferência de calor é crucial para várias aplicações industriais, incluindo sistemas de ar comprimido. Ao gerir e utilizar o calor de forma eficaz, as indústrias podem melhorar a eficiência e reduzir custos.Saiba mais no nosso e-book.
Para mais informações sobre recuperação de calor e outras soluções energeticamente eficientes, visite a nossa página de recuperação de calor.
Perguntas frequentes e exemplos de transferência de calor na vida diária
Quais são os três tipos de transferência de calor?
Os três tipos de transferência de calor são condução, convecção e radiação. A condução é a transferência de calor através do contacto direto entre materiais, como visto quando uma haste de metal aquece ao longo do seu comprimento.
Porque é que o calor flui de quente para frio?
O fluxo de calor do quente para o frio é conduzido pela segunda lei da termodinâmica, que afirma que a entropia, ou desordem, tende a aumentar num sistema isolado.
Como o calor é transferido por condução?
O calor é transferido por condução através de contacto direto entre moléculas num material sólido.
Como o calor é transferido por convecção?
O calor é transferido por convecção através do movimento de fluidos, distribuindo o calor uniformemente.
Como é que o calor é transferido pela radiação?
O calor é transferido por radiação através de ondas eletromagnéticas, sem a necessidade de um meio.
O que é um exemplo de transferência de calor por condução?
Um exemplo de condução é uma colher de metal a aquecer da pega até à ponta quando colocada num líquido quente.
O que é um exemplo de transferência de calor por convecção?
Um exemplo de convecção é a circulação de ar quente numa sala aquecida.
Quais são alguns exemplos de transferência de calor por radiação?
Exemplos de radiação incluem o calor de uma lareira e o calor do sol.
Que tipo de transferência de calor é a água a ferver?
A água fervente envolve convecção, onde o calor faz com que a água circule e e transfira calor.
Que tipo de transferência de calor pode acontecer através do espaço vazio?
A radiação pode ocorrer através do espaço vazio, uma vez que não requer um meio.
Que tipo de transferência de calor é o sol?
O sol transfere calor para a Terra através da radiação.
Que tipo de transferência de calor os secadores usam?
Os secadores normalmente usam convecção para transferir calor e materiais secos.
Que tipo de transferência de calor é um micro-ondas?
Um micro-ondas usa radiação para transferir calor e cozinhar alimentos.
Qual é a química por trás da torrefação?
Quando os marshmallows são torrados, a transferência de calor através da radiação provoca uma mudança química. O açúcar sofre caramelização e reações de Maillard, produzindo moléculas de água que evaporam e deixam o carbono para trás, resultando em um exterior escurecido e crocante. Esta combinação de reações químicas dá marshmallows torrados o seu sabor e textura distintos.
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