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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

ENG03108 – MEDIÇÕES TÉRMICAS

PROJETO DE UM ELEMENTO ACUMULADOR DE ENERGIA TÉRMICA E SUAS

MEDIÇÕES

por

Augusto Tomazi

Vitor Becker

Trabalho Final da Disciplina ENG03108 – Medições Térmicas

Professor Dr. Paulo Smith Schneider

pss@mecânica.ufrgs.br

Porto Alegre, 15 de dezembro de 2014.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

ENG03108 – MEDIÇÕES TÉRMICAS

Trabalho da Disciplina Medições Térmicas

Augusto Tomazi

Vitor Becker

PROJETO DE UM ELEMENTO ACUMULADOR DE ENERGIA TÉRMICA E SUAS

MEDIÇÕES

Trabalho apresentado na disciplina Medições Térmicas

do Departamento de Engenharia Mecânica da Escola de

Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do

Sul, como parte dos requisitos para aprovação na

respectiva disciplina.

Orientador: Prof. Dr. Paulo Smith Schneider

Porto Alegre

2014

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BECKER, V; TOMAZI, A. Projeto de um elemento acumulador de energia térmica e suas

medições. 2014. 24f. Trabalho apresentado na Disciplina de Medições Térmicas –

Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto

Alegre, 2014.

RESUMO

O presente trabalho apresenta um estudo do fenômeno da acumulação de energia térmica. É

mostrada a concepção e fabricação de um elemento acumulador de 1kg constituído de Resina

Poliéster Cristal, bem como a instrumentação envolvida, suas restrições e adaptações para

fazer as medições necessárias pra quando este for exposto a uma corrente de ar quente numa

bancada experimental. A maneira como ocorre a transferência de calor entre o fluido e o

sólido é discorrida assim como a justificativa da geometria utilizada para um menor tempo de

resposta. Os testes revelaram um tempo de resposta de 12min e 28s para a temperatura do ar

variando de 57,9°C a 62,7°C, com a presença do acumulador numa velocidade média de

escoamento de 2,84m/s.

PALAVRAS CHAVE: acumulador de calor, resina poliéster cristal, instrumentação,

transferência de calor.

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BECKER, V.; TOMAZI, A. Design of a thermal energy accumulator element and its

measurements. 2014. 24f. Paper presented at the Department of Thermal Measurements –

Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto

Alegre, 2014.

ABSTRACT

This paper presents a study of the phenomenon of thermal energy storage. The design and

manufacture of an accumulator element of 1kg of crystal polyester resinis shown, as the

instrumentation involved, its restrictions and adaptations to be able to make the necessary

measurements for when the accumulator is exposed to a stream of hot air in a test stand. The

way that the heat transfer occurs between the fluid and the solid is discussed as the

justification of the geometry used for a shorter response time. The test revealed a response

time of 12min and 28s with the air temperature varying from 57,9°C to 62,7°C with the

presence of the accumulator in a medium velocity of flow of 2,84 m/s.

KEYWORDS: heat accumulator, crystal polyester resin, instrumentation, heat transfer.

4

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................8

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................................9

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.....................................................................................11

3.1 TRANSFERÊNCIA DE CALOR......................................................................................11

3.1.1 CONDUÇÃO............................................................................................ .........................11

3.1.2 CONVECÇÃO...................................................................................................................12

3.1.3 RADIAÇÃO.............................................................................................. ........................12

3.2 CÁLCULO DA VELOCIDADE MÉDIA.........................................................................13

3.3 MEDIDORES DE TEMPERATURA...............................................................................14

3.4 INCERTEZA DE MEDIÇÃO...........................................................................................15

4 APRESENTAÇÃO DO CASO..........................................................................................15

4.1 CONFECÇÃO DO ACUMULADOR...............................................................................16

4.2 CONFECÇÃO DO MEDIDOR DE VAZÃO....................................................................19

4.3 CALIBRAÇÃO DO MEDIDOR DE TEMPERATURA...................................................20

5 RESULTADOS...................................................................................................................20

5.1 MEDIÇÕES NO TUBO DE PITOT..................................................................................20

5.2 MEDIÇÕES NO SENSOR DE TEMPERATURA...........................................................22

6 CONCLUSÃO.....................................................................................................................23

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................24

5

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Esquema do tubo de Pitot.......................................................................................13

Figura 2 – Diagrama da bancada experimental........................................................................15

Figura 3 – Primeira etapa da confecção...................................................................................17

Figura 4 – Segunda etapa da confecção...................................................................................17

Figura 5 – Terceira etapa da confecção....................................................................................18

Figura 6 – Forma final do acumulador......................................................................................19

Figura 7 – Tubo de Pitot manufaturado....................................................................................19

Figura 8 – Comportamento da temperatura após alocação do acumulador..............................22

6

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Pontos de medição de acordo com diferentes métodos...........................................20

Tabela 2 – Calibração do PT100...............................................................................................20

Tabela 3 – Medições no tubo de Pitot.......................................................................................21

Tabela 4 – Dados para cálculo da vazão mássica.....................................................................21

Tabela 5 – Temperaturas relevantes pro cálculo da constante de tempo..................................22

7

LISTA DE SÍMBOLOS

8

1 INTRODUÇÃO

Num mercado cada vez mais competitivo como ocorre na atualidade, a otimização

de cada ponto dentro de qualquer projeto torna-se imperativa para aqueles que querem se

destacar. Ao lidar com recursos não abundantes ou não ideais, vê-se a necessidade da total

análise de um sistema. O fato ocorre dentro de todas as áreas de engenharia e também,

portanto, nos fenômenos de transferência de calor.

Para um elemento acumulador de energia, quando se tem restrição de espaço ou

de materiais, a sua geometria pode ser o fator mais decisivo da sua eficiência.

A qualidade de elementos trocadores de calor é de suma importância para a atual

conjuntura tecnológica, uma vez que o transporte de fluidos dentro de suas condições

particulares necessárias é imprescindível para diversas aplicações, e esses atuam como

possibilitadores dessas condições adequando a saída ou a entrada dos fluidos nos sistemas.

Foi proposto pelo Prof. Paulo Schneider, conforme o Edital da Disciplina

ENG03108 – Medições Térmicas 2014/2, que se manufaturasse um elemento acumulador de

calor com 1Kg de resina poliéster cristal com a geometria da peça sendo o fator a ser pensado

de forma individual. Os instrumentos de medição também foram solicitados a serem

propostos por cada grupo e manufaturados quando necessário.

Esse trabalho tem o objetivo de otimizar a troca calorífica e apresentar o menor

tempo de resposta possível dentro de uma bancada experimental com corrente de ar forçada,

tal como apresentar exatidão nas medições de temperatura, vazão e pressão realizadas.

9

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O trabalho presente tem como assunto a acumulação de energia térmica, que

assim como a dissipação de energia térmica, é um fenômeno de troca de calor. Logo, todo

estudo feito tanto em dissipação quanto em troca (de calor) é de utilidade, pois se baseiam nos

mesmos princípios. Porém, como o trabalho tem foco na concepção de uma geometria ideal

(que apresente o menor tempo tCD de resposta para um regime de acumulação e descarga de

energia térmica possível), e tem os demais parâmetros estabelecidos, como peso, material,

fluido do escoamento – a bibliografia de interesse é a que analisa os efeitos da geometria na

transferência de calor, assim como a eficiência dos possíveis arranjos/disposições.

Trocadores (tanto dissipadores como acumuladores) com arranjos que possuem

uma densa presença de tubos ou placas aletadas são denominados trocadores de calor

compactos, e possuem uma relação de superfície de troca por unidade de volume superior a

700m²/m³ (Martins apud Incropera, 2008). Trocadores compactos são utilizados quando ao

menos um dos fluidos é um gás, sendo este o caso do presente trabalho – logo uma geometria

ideal faria uso de tubos/furos e aletas.

Uma das primeiras configurações geométricas de dissipador de calor apresentada

na literatura (no caso, visando o controle térmico de componentes eletrônicos) foi proposta

por Tukerman e Pease (1981) e consistia em microcanais dispostos paralelamente. O

desenvolvimento de dissipadores baseados nesta configuração de canais possui como

vantagem a facilidade de fabricação. Kim (2004) destaca o fato de que dissipadores com

canais paralelos são projetados considerando a região entre canais consecutivos como uma

aleta submetida externamente a convecção forçada, e assumindo condução unidimensional ao

longo de seu comprimento.

Avelar e Ganzarolli (2002) apresentaram os resultados de um estudo numérico e

experimental sobre escoamento por convecção natural entre placas paralelas verticais com

elementos protuberantes aquecidos. A convecção forçada em canais com elementos

protuberantes foi estudado por Hacohen et al (1995). No mesmo trabalho foi estudado

também o escoamento por convecção natural. Os resultados são apresentados na forma de

correlações empíricas para o número de Nusselt médio e local.

Muitos estudos observaram que a distância entre uma aleta e outra influencia o

tipo de escoamento desenvolvido na placa. Em um deles, Harahap e McManus (1967)

analisaram placas com aletas de dois comprimentos diferentes e apresentaram as dimensões

10

relevantes para o projeto de um dissipador. Os autores também apresentaram uma correlação

para determinar o número de Nusselt nos escoamentos.

11

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 TRANSFERÊNCIA DE CALOR

A taxa de calor transferido em um corpo é dada pela equação:

(1)

onde é a taxa de calor transferido, ṁ é a vazão mássica em Kg/s, Cp é o calor específico do

fluido à pressão constante em J/KgK e ΔT é a diferença de temperatura entre o corpo e o

fluido em K.

O problema chave da transferência de calor é o conhecimento do fluxo calorífico.

O conhecimento dos mecanismos de transferência de calor permite aumentar/diminuir esse

fluxo, ou ainda controlar a temperatura.

A transferência de calor ocorre de três formas: condução, convecção e radiação

térmica.

3.1.1 CONDUÇÃO

O mecanismo da condução de calor está associado à transferência de calor

efetuada ao nível molecular, por transferência de energia sensível. As partículas mais

energéticas transferem parte da sua energia vibracional, rotacional e translacional por contato

com outras partículas contíguas menos energéticas, as quais recebem essa energia. Essa

transferência é efetuada, portanto, no sentido das temperaturas menores, ou seja, no sentido do

gradiente (dT/dx) negativo. Ocorre em gases, líquidos ou sólidos.

A lei fundamental que descreve a condução térmica é a Lei de Fourier (Joseph

Fourier, 1768-1830). O calor transferido por unidade de tempo, ou a velocidade de

transferência de calor, na direção x é proporcional à área de transferência

perpendicular ao fluxo de calor (A=WH, m2), e ao gradiente de temperaturas (dT/dx). A

constante de proporcionalidade é uma propriedade física do material designada condutividade

térmica (kT, Wm-1

K-1

). O sinal negativo é necessário sempre que o gradiente for negativo para

que o calor, por convenção, tome um valor positivo:

(2)

12

3.1.2 CONVECÇÃO

A existência de um fluido em movimento (líquido ou gás) acelera o processo de

transferência de calor se um fluido mais frio (T∞) ficar em contato com uma superfície mais

quente (TS). Esta transferência dá-se em simultâneo com a transferência de calor ao nível

molecular (por condução) sendo, no entanto, mais eficaz. O movimento pode ser provocado

por agentes externos ou por diferenças de densidade resultantes do próprio aquecimento do

fluido. Assim, mesmo que um fluido se encontre em repouso (do ponto de vista

macroscópico), a diferença de temperaturas gera diferenças de densidade no seio do fluido

que poderão ser suficientes para induzir um movimento ascendente do fluido mais quente (sob

a ação da gravidade).

A convecção de calor é baseada na Lei de resfriamento de Newton (1701):

(3)

onde h é o coeficiente de transferência de calor (W.m-2

.K-1

), A, a área de transferência de

calor perpendicular ao fluxo de calor e ΔT a driving-force, isto é, a causa para ocorrer a

transferência de calor.

3.1.3 RADIAÇÃO

Designa-se por radiação térmica, toda a energia radiante emitida na gama de

comprimentos de onda 0,1 a 100μm do espectro eletromagnético. Resulta da emissão e

propagação de ondas eletromagnéticas por alteração na configuração eletrônica de átomos e

moléculas. Qualquer corpo com uma temperatura superior a 0K emite energia radiante.

A transferência de calor por radiação térmica ocorre através de sólidos, líquidos e

gases e no vácuo, exceto nos sólidos e líquidos opacos à radiação térmica.

A energia radiante que um corpo emite é dada pela Lei de Stefan-Boltzmann

(Josef Stefan 1835-1893, Ludwig Boltzmann 1844-1906) aplicada a um corpo real:

(4)

onde σ=5,67×10-8

W.m-2

.K-4

a constante de Stefan-Boltzmann, ε, a emissividade da superfície

emissora (0<ε≤1), A, a sua área e Ts a sua temperatura absoluta (K).

3.2 CÁLCULO DA VELOCIDADE MÉDIA

13

Um dos instrumentos utilizados para medir velocidades de fluidos é o Tubo de

Pitot. Com a possibilidade de medir a pressão de estagnação e estática do escoamento,

consegue-se chegar à velocidade.

A pressão de estagnação é tomada paralela às linhas de velocidade do escoamento.

A tomada de pressão estática é aferida perpendicularmente, é a pressão atuante nas paredes do

tubo. A diferença dessas pressões é chamada pressão dinâmica.

A Figura 1 exemplifica o funcionamento do Tubo de Pitot:

Figura 1 - Esquema do tubo de Pitot (SCHNEIDER, 2012)

A equação de Bernoulli, conforme Fox et al (2010):

(5)

Por ela chega-se que a velocidade do escoamento devidamente deduzida

(SCHNEIDER, 2007) pode ser obtida através da equação:

(6)

Onde V é a velocidade do escoamento em m/s, Pestagnação é a pressão de

estagnação em Pa, Pestática é a pressão estática em Pa e ρ é a massa específica em Kg/m³.

Com as velocidades calculadas em diferentes raios do tubo, é possível calcular a

velocidade média através da equação:

14

(7)

Onde Vm é a velocidade média em m/s, Vt são as velocidades nos pontos de

medição em m/s e Wt são os fatores de peso (tabelados).

Com a velocidade média adquirida é possível achar a vazão mássica através da

equação:

(8)

Onde ṁ é a vazão mássica em Kg/s, ρ é massa específica Kg/m³, Vm é a

velocidade média do fluido no tubo em m/s e A é a área do tubo em m².

3.3 MEDIDORES DE TEMPERATURA

Uma termorresistência é um instrumento que através da relação entre a resistência

elétrica de um material e sua temperatura permite conhecer a temperatura do ambiente. O

PT100 é uma termorresistência de platina que a 0°C possui uma resistência de 100 Ohms.

O PT100 é uma alternativa viável na faixa de 0°C a 100°C, pois possui uma

resposta linear nessa faixa de operação. Com o uso de um equipamento capaz de medir

resistência pode-se, portanto, aferir a temperatura.

Termopares são instrumentos utilizados para medir diferenças de temperatura.

Consistem em dois condutores distintos, unidos em uma das extremidades, que geram uma

tensão elétrica em função de uma eventual diferença de temperatura nelas, fenômeno

conhecido como Efeito de Seebeck.

Com auxílio de tabelas específicas e um dispositivo para ler essa tensão

(multímetro), é possível encontrar a diferença de temperatura que a gerou.

O termopar do tipo K é de uso genérico, constituído de cromel/alumel, tem baixo

custo, cobrindo temperaturas entre -200 e 1200ºC, com uma sensibilidade de

aproximadamente 41µV/ºC.

3.4 INCERTEZA DE MEDIÇÃO

15

A incerteza de medição provém dos instrumentos utilizados na aquisição das

grandezas de interesse. A correta montagem e operação dos instrumentos são requisitos

importantes para a confiabilidade dos resultados.

A incerteza define o intervalo em torno do resultado de medição no qual se espera

abranger grande parte dos resultados encontrados. Costumeiramente, o nível de confiabilidade

utilizado é 95,45% (SCHNEIDER, 2007).

Alguns dados dependem dos resultados experimentais e geram assim uma

incerteza combinada, onde os resultados calculados geram uma incerteza devido a incerteza

do valor medido.

A Propagação da Incerteza de Medição é dada por:

(9)

Onde X1 até Xn são as variáveis dependentes, U1 até Un são os desvios-padrões

das respectivas variáveis e V a equação que se está medindo a incerteza.

4 APRESENTAÇÃO DO CASO

A bancada experimental apresentada na figura 2 foi o cenário da experiência

realizada:

Figura 2 – Diagrama da bancada experimental (SCHNEIDER, 2014)

O ar ambiente foi admitido na bancada de forma forçada por um ventilador (1).

Sua vazão foi medida por uma placa de orifício do LETA (2) e seguiu para uma segunda

16

seção de ensaio (3) reservada para a instrumentação da vazão. Essa seção foi conectada ao

tubo da bancada por meio de 2 luvas. O ar seguiu para o aquecedor (4) que elevou sua

temperatura. A temperatura e pressão estática do ar foram lidas em (5) com instrumentos do

LETA. O ar foi injetado na secção de ensaio (6) e posteriormente teve sua temperatura e

pressão estática lidas em (7), com instrumentos do LETA. Foram instalados instrumentos

necessários para a medição da temperatura em (8). Desse ponto em diante, o ar segue ainda

em um tubo reto até sua descarga do ar para o ambiente.

Toda a tubulação da bancada é de PVC com diâmetro de 100 mm, incluindo as

luvas de conexão. O acumulador proposto foi instalado na seção de ensaio, com as seguintes

dimensões internas: comprimento 46 cm, largura 30 cm e altura 15,5 cm.

O acumulador foi construído em Resina poliéster cristal, solidificada com auxílio

de um catalisador, com massa de 1000 ± 50g. Posteriormente, foi acomodado na seção de

ensaio, sendo lida a evolução da temperatura do ar em regime de descarga e carga de calor na

seção de ensaio (7).

4.1 CONFECÇÃO DO ACUMULADOR

Foram utilizados os seguintes materiais:

- Chapa de alumínio de 110mm x 145mm x 3/8”;

- Caixa plástica de sorvete Kibon de 1Kg (110mm x 145mm x 110mm);

- 41 velas d = 15mm;

- 1Kg de Resina poliéster cristal;

- Catalisador da Resina;

- 1 panela de alumínio;

- 20 palitos de churrasquinho (madeira);

- Filme plástico.

Primeiramente a chapa de alumínio foi usinada confeccionando-se 40 furos

passantes de 15mm de diâmetro sobre sua superfície, e imprimindo um raio em suas quinas. A

chapa foi então envolta pelo filme plástico e inserida dentro da caixa (Fig. 3).

17

Figura 3 – Primeira etapa da confecção

Em seguida, foi derretida 1 vela e derramada nas laterais para cobrir qualquer

folga entre a caixa e a placa. A seguir, as velas foram alocadas nos 40 furos e espaçadas pelos

palitos de madeira (Fig. 4).

Figura 4 – Segunda etapa da confecção

18

A resina foi então misturada com o catalisador e derramada dentro da caixa, onde

ficou curtindo por 24h. Por fim, a resina já endurecida foi retirada de dentro da caixa e posta

dentro de uma panela de água fervente (Fig. 5)

Figura 5 – Terceira etapa da confecção

Dessa maneira, as velas derreteram, sobrando apenas a resina na geometria

desejada do acumulador (Fig. 6).

Figura 6 – Forma final do acumulador

Essa geometria foi escolhida porque é um arranjo compacto com densa presença

de tubos, e que possui uma alta relação entre superfície (disponível para troca de calor) e

volume. O projeto da confecção também pareceu interessante e desafiador.

19

4.2 CONFECÇÃO DO MEDIDOR DE VAZÃO

Para efetuar a medição da vazão no tubo foi escolhido como instrumento o Tubo

de Pitot. A sua fácil confecção e medições satisfatórias ajudaram na escolha.

Materiais utilizados:

- 300mm de tubo PVC d = 100mm;

- 1 fio de cobre furado d = 6mm e 50mm de comprimento;

- 1 fio de cobre furado d = 6 mm, curvo em 90° de 100mm de comprimento;

- 1 borracha com furo de 6mm;

- Superbonder®;

- Cola epóxi.

Na superfície do tubo foram feitos 2 furos alinhados para inserção dos dois fios de

cobre. O fio menor foi alocado com o auxílio da cola epóxi exatamente sob a parede do tubo,

para captação da pressão estática. O fio curvo foi posto dentro do furo da borracha (que foi

colada no tubo com Superbonder®) e dentro do furo do tubo, de forma que estivesse sempre

confrontando a entrada do tubo, porém sendo possível variar a distancia ao centro (Fig. 7).

Figura 7 – Tubo de Pitot manufaturado

A medição da vazão foi realizada acoplando o tubo de Pitot nas luvas da

tubulação do laboratório. Em cada um dos fios de cobre foi acoplada uma mangueira de um

manômetro. Dessa forma foi possível medir a pressão dinâmica, ou seja, a diferença entre a

pressão estática e a pressão de estagnação. Sabendo a diferença de pressão, foi possível

encontrar a velocidade naquele ponto. A medição foi feita em outros pontos para se ter maior

20

exatidão no valor da velocidade média, uma vez que quanto mais próximo ao centro, mais

rápido escoa o fluido.

A incerteza do valor encontrado continua existindo, no entanto, para amenizar

esse fato, foram utilizadas as cotas de Gauss tendo como referência a coordenada

adimensional ‘r’, ‘x’ e o fator de peso ‘w’.

Tabela 1 - Pontos de medição de acordo com diferentes métodos (DELMEÉ, 1983)

4.3 CALIBRAÇÃO DO MEDIDOR DE TEMPERATURA

A fim de confirmar a veracidade dos dados obtidos, foi efetuada a calibração do

PT100. Comparou-se o dispositivo com outro PT100 calibrado que servia como referência.

Dentro da faixa utilização (0°C a 100°C) a resposta do equipamento é linear, logo a calibração

pôde ser feita comparando-se o valor de dois pontos de temperatura, temperatura ambiente e

temperatura de uma água quente.

Resistência em Ohms Temperatura de Referência em °C

110,6 22,06

135,04 69,3

Tabela 2 – Calibração do PT100

21

Com esses pontos foi possível obter a reta que rege a determinação da

temperatura, com equação:

T= 1,9329X - 191,72 (10)

Onde X é a resistência lida em Ohms e T é a temperatura em °C.

Apesar da calibração feita com cuidado e maior atenção possível, ainda assim

existem incertezas nas medições, mas que para nossa aplicação são aceitáveis.

5 RESULTADOS

5.1 MEDIÇÕES NO TUBO DE PITOT

A tabela 3 nos mostra os diferentes resultados de velocidade nos pontos com

diferentes distâncias em relação à parede do tubo:

Ponto Distância em relação à parede (mm) Velocidade no Ponto (m/s)

1 40 3,11

2 20 3,07

3 10 3,04

4 0 2,98

Tabela 3 – Medições no tubo de Pitot

Assim, utilizando as cotas de Gauss, foi possível chegar numa velocidade média

de 3,04 m/s.

Com essa velocidade, mais a massa específica e a área do tubo, foi possível

chegar à vazão mássica. Seguem os resultados abaixo:

Velocidade Média

(m/s)

Área do tubo

(m²)

Massa específica

(Kg/m³)

Vazão mássica

(Kg/s)

3,04 0,00785 1,111 0,0265

Tabela 4 – Dados para cálculo da vazão mássica

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5.2 MEDIÇÕES NO SENSOR DE TEMPERATURA

Antes de alocar o acumulador na seção de ensaio, esperou-se a temperatura de

saída da tubulação se manter constante. Nesse momento, foi medida essa temperatura e

achou-se o valor de 62,7°C. A partir disso, a seção de ensaio manteve-se aberta por 5s e

alocou-se o acumulador. Daí em diante, a temperatura teve um comportamento como mostra a

figura a seguir:

Figura 8 – Comportamento da temperatura após alocação do acumulador

Com a constante medição da temperatura, foi possível obter a temperatura mínima

que o ar alcançou na seção de ensaio (57,9°C). Logo, calculando a diferença da temperatura

de estabilização e a temperatura mínima (4,8°C), foi possível obter a temperatura condizente

com a constante de tempo somando 63% dessa diferença (3,024°C) com a temperatura

mínima (60,924°C).

Top (°C) Tmin (°C) Top – Tmin 63% (Top – Tmin) Temp. da cte tempo

62,7 57,9 4,8 3,024 60,924

Tabela 5 – Temperaturas relevantes pro cálculo da constante de tempo

Sabendo qual era a temperatura que o ar alcançaria quando tivesse atingido a

constante de tempo, foi possível monitorar o medidor de temperatura para anotar o tempo

percorrido desde o início do processo para alcançar tal temperatura. Obteve-se, assim, a tCD

(12min e 28s).

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6 CONCLUSÃO

Pode-se afirmar que o trabalho atingiu seus objetivos práticos e didáticos. O

medidor de vazão, apesar da sua fácil confecção, obteve resultados satisfatórios nas medições

que foi solicitado, mostrando que pode muito bem ser utilizado para outras aplicações de

baixa exigência de precisão.

As temperaturas puderam ser medidas a fim de fazer uma análise da troca de

calor, exemplificando a alta aplicabilidade do medidor e a fácil obtenção dos dados na faixa

exigida.

Quanto ao acumulador, foi possível obter uma razoável constante de tempo,

apesar das limitações de material. O estudo de trocadores de calor foi aprofundado, e durante

todo o processo, novas idéias acabaram surgindo e puderam ser debatidas.

Recomenda-se que mais trabalhos do gênero sejam propostos no futuro, uma vez

que o projeto envolveu várias áreas da engenharia, tal como mecânica dos fluidos, mecânica

dos sólidos e desenvolvimento de projetos.

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7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Delmée, G. J. Manual de Medição de Vazão. Editora Edgard Blücher Ltda, 1983.

Fox, R. W., McDonald, A. T., & Pritchard, P. J. Introdução à Mecânica dos Fluidos, 2010.

INCROPERA, F. P.; et al. Fundamentos de Transferência de Calor e Massa. 6. ed. Rio de

Janeiro: LTC, 2008.

NAKRA, B. C., CHAUDHRY K. K. Instrumentation, Measurement And Analysis. Second

Edition. New York: McGraw-Hill, 2004

Schneider, P. S. (2011). Apostila - Medição de Velocidade e Vazão de Fluidos. Retirado de

http://www.geste.mecanica.ufrgs.br/medterm/

Schneider, P. S. (2012). Apostila - Medição de Pressão em Fluidos, 1–27. Retirado de

http://www.geste.mecanica.ufrgs.br/medterm/

Tuckerman, D.B., Pease, R.F.W. High-performance heat sinking for VLSI, Stanford

Electronics Laboratories, Stanford, CA, 1981

Kim, Dong-Kwon, Kim, Sung Jin. Averaging approach for microchannel heat sinks

subjected to the uniform wall temperature condition, Korea Adv. Inst. of Sci. & Technol.,

Daejon, South Korea, 2004

Avelar, A.C., Ganzarolli, M.M., Numerical and experimental analysis of natural

convection heat transfer in an array of vertical channels with two dimensional

protruding heat sources, II Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, João Pessoa,

Paraíba, 2002