UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ - CAMPUS ITABIRA

Transferência de Calor - EME009

LABORATÓRIO FENÔMENOS DE TRANSPORTE

Relatório da Aula Prática 1

CONDUÇÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO ATRAVÉS DE UMA PAREDE PLANA UNIFORME

Equipe: Gustavo Vieira - 34182Lucas Casanova Montesso - 22603Phillipe RodriguesRafael Augusto Monteiro - 24735Tiago Grigorio da Silva - 26572

Abril 2015

CONDUÇÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO ATRAVÉS DE UMA PAREDE PLANA UNIFORME

Gustavo Vieira - 34182Lucas Casanova Montesso - 22603

Phillipe RodriguesRafael Monteiro - 24735

Tiago Grigorio da Silva - 26572

Resumo: O presente relatório tem como intuito apresentar e explanar sobre os resultados alcançados na prática de “Condução em estado estacionário através de uma parede plana uniforme”, referente à disciplina Transferência de Calor, ministrada pelo professor Dr. Paulo Mohallem Guimarães.

I - Introdução

A transferência de calor por condução pode ser observada em gases, sólidos e líquidos. Ela ocorre quando existe a transferência de energia das partículas mas energéticas de uma substancia para as menos energéticas, devido as interações entre as partículas.

Pode-se quantificar a taxa temporal de transferência de energia por condução através da Lei de Fourier:

Q ' x=−kA dTdt

Onde:

● Qxé a taxa de transferência de calor através de qualquer plano normal à direção x;● A é a área da parede;

●dTdt

é o gradiente de temperatura da direção x;

● k é a condutividade térmica.

O gradiente de temperatura pode ser expressado da seguinte forma:

dTdt

=T 2−T 1

L

Onde:

● T 2−T1é a variação de temperatura (temperatura final menos temperatura inicial);

● L é o comprimento da peça.

Dessa forma tem-se a sequinte expressão:

Q ' x=−kA [T 2−T 1

L ]

O objetivo do experimento é medir a distribuição de temperaturas de condução de energia em estado estacionário através de uma parede plana uniforme e, com isso, demonstrar o efeito de uma variação no fluxo de calor

II - Problema

Dizer qual o problema a ser estudado. Fórmulas, desenhos.

III - Resultados

Para os resultados abaixo, utilizou-se dados apresentados pelo controlador do equipamento. Vale ressaltar que houve diferença entre esses valores e os valores do software, sendo os últimos não considerados no presente estudo.

Tabela 1: Dados brutos obtidos através do controlador

Tensao do aquecedor V 12 V

Corrente do aquecedor I 1,23 A

Temperatura alta da seçao aquecida

T1 51,2ºC

Temperatura intermediaria da seçao aquecida

T2 47,5ºC

temperatura baixa da seçao aquecida

T3 44,0ºC

temperatura alta da seçao refrigerada

T6 38,9ºC

temperatura intermediaria da seçao refrigerada

T7 35,5°C

temperatura baixa da seçao refrigerada

T8 32,8ºC

Taxa de vazão da água derefrigeração

Fw 1,50(l/min)

Sendo o fluxo de calor (q) dado pela multiplicação da tensão pela corrente que são pré-estabelecidas para o experimento, o diâmetro da barra de latão de 25 mm, o comprimento

entre os termopares de 15mm e o coeficiente de condução igual a 110 W/m.K, temos a seguinte tabela:

Tabela 2: Resultados derivados dos dados brutos

Fluxo de calor (potência do

aquecedor)

Q = VI 14,76 W

Diferença de temperatura na seção aquecida

∆Tquente=T1-T3 7,2ºC

Diferença de temperatura na seção refrigerada

∆Tfrio=T6-T8 6,1ºC

Se tratando de condução em um sistema estacionaria através de uma parede plana uniforme sabe-se pela teoria que a variação de temperatura é uniforme. Porém, no experimento realizado notou-se uma diferença entre essa variação que pode ser explicada por erros aleatórios como não esperar as temperaturas estabilizarem totalmente e erros sistemáticos como a diferença entre a tensao e corrente marcados no software e no hardware.

Sendo o fluxo de calor dado tambem pela relaçao qi=KA(∆Ti/∆L), onde K=110 (W/m.K) e A=0,0033m2, temos que

q1-3=110*0,0033*(7,2/0,03) =87,12W

q6-8=110*0,0033*(6,1/0,03) = 73,81W

IV - Conclusão

Através dos estudos sobre condução foi possível tomar notas sobre o comportamento das partículas e suas respectivas variações de energia para obter um valor para as temperaturas medidas pelos termopares e fazer uma comparação com base teórica sobre elas.

Foi possível notar a validade da lei de Fourier, no entanto os dados obtidos no procedimento não apresentaram 100% de certeza, pois existem diversos fatores que afetaram o processo, sendo eles, os erros de procedimento como fluxo de ar, erros humanos ao manuseio do equipamento e erros de cálculo, porém foi possível verificar os conceitos previstos da teoria e fazer uma análise sobre sua importância nos processos de transferência de calor nos materiais.

Ou seja, a análise do comportamento da transferência de calor na engenharia é de extrema importante, pois ela delimitará os materiais para seus processos e os seus processos para atingir o objetivo da empresa, portanto seu estudo é essencial.

Referências

Moran, M. J., & Shapiro, H. N. (2009). Modos de Transferência de Calor - Condução. In: M. J. Moran, & H. N. Shapiro, Princípios da Termodinâmica para Engenharia. Edição 6 (p. 42). LTC.