O que é um coeficiente de transferência de calor?
O coeficiente de transferência de calor define a facilidade com que o calor passa de um material para outro, geralmente de um sólido para um fluido ou gás, ou de um fluido ou gás para um sólido. O calor também pode passar de um fluido para um gás ou vice-versa, como é o caso do ar frio acima de um lago quente. O calor sempre fluirá de quente para frio para materiais em contato direto.
Os coeficientes de transferência de calor são sempre considerados ao projetar equipamentos que se destinam especificamente a transferir calor - ou a não transferir calor. Panelas, aletas de resfriamento em um motor de moto, soprando uma colher de sopa muito quente ou uma pessoa aquecendo as mãos frias de outra são exemplos de aumento do coeficiente de transferência de calor. O maior contribuidor único para melhores coeficientes de transferência de calor, dadas as restrições do material, é o movimento rápido da fase fluida dos componentes. Soprar ar através de um radiador, induzir fluxo turbulento em um trocador de calor ou mover rapidamente o ar em um forno de convecção afeta coeficientes de transferência de calor muito mais altos do que as condições estáticas. Isso ocorre porque mais moléculas para absorver calor são apresentadas à superfície quente em um período menor de tempo.
Por outro lado, a busca por isolamentos altamente eficazes também considera o coeficiente de transferência de calor de cada uma de suas interfaces. O isolamento é importante para geladeiras e freezers, refrigeradores de piquenique, roupas de inverno e residências energeticamente eficientes. Espaços de ar morto, vazios em espuma e materiais com baixa condutividade ajudam a fornecer isolamento.
Quantitativamente, o coeficiente de transferência de calor é uma função dos dois materiais em contato; a temperatura de cada um, que determina a força motriz; e fatores que aumentam ou prejudicam a transferência de calor, como convecção ou incrustação de superfície, respectivamente. As equações determinam a quantidade de calor que é transferida por unidade de área, por grau de diferença de temperatura entre os dois materiais adjacentes e por período de tempo. Os cálculos para dimensionar equipamentos industriais, como aquecedores e trocadores de calor, geralmente resolvem o calor transferido por hora, porque a capacidade de produção da usina geralmente é determinada a cada hora.
Um coeficiente geral de transferência de calor, como é frequentemente usado nas equações do trocador de calor, precisaria considerar vários fatores. Neste exemplo, o vapor saturado a uma determinada temperatura, a interface vapor / tubo, a condutividade através da parede do tubo, a interface com o líquido dentro dos tubos, como o óleo, e a temperatura do óleo recebido, todos precisam ser considerados. As informações desses fatores podem ajudar a determinar o tamanho necessário de um trocador de calor e qual estratégia de design e materiais funcionaria melhor.