Conduction, Convection, Radiation

A transferência de calor ocorre por três mecanismos fisicamente distintos, que diferem nos requisitos para operar. A condução transfere energia por contato molecular direto: a lei de Fourier estabelece que q = -k A (dT/dx), ou seja, o fluxo de calor é proporcional ao gradiente de temperatura e à condutividade térmica k do material. O cobre, com 400 W/(m·K), e o alumínio, com 205 W/(m·K), são os principais materiais utilizados no arrefecimento por condução, enquanto as espumas de isolamento com k = 0,03-0,04 W/(m·K) suprimem-na deliberadamente. A convecção associa a condução numa superfície ao movimento de fluido em massa, descrito pela lei de arrefecimento de Newton: q = h A (T_s - T_inf), onde o coeficiente de convecção h varia entre 25 W/(m²·K) para ar em convecção natural e 10 000 W/(m²·K) para ebulição nucleada em água.

A radiação não necessita de nenhum meio: toda superfície acima do zero absoluto emite energia eletromagnética descrita pela lei de Stefan-Boltzmann, q = sigma épsilon A T^4, onde sigma = 5,67 x 10^-8 W/(m²·K^4) e épsilon é a emissividade da superfície (0,05 para alumínio polido, próximo de 1,0 para um corpo negro). A dependência em T^4 implica que a radiação aproximadamente dobra cada vez que a temperatura absoluta sobe cerca de 19%: a 1000 K uma superfície irradia 56,7 kW/m², enquanto a 2000 K irradia 907 kW/m². Na maioria das aplicações de construção e AVAC abaixo de 200 °C, a convecção é dominante; em fornos e câmaras de combustão acima de 700 °C, a radiação sobrepõe-se aos outros dois modos e deve ser gerida com materiais refratários e controlo da emissividade superficial.