Roteiro de aulas práticas de laboratório de máquinas térmicas

7/24/2019 Roteiro de aulas prticas de laboratrio de mquinas trmicas

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LABORATRIO DE TRANSFERNCIA DE CALOR

Relatrio

Aps cada prtica, os alunos devero entregar um relatrio sobre o experimento. Comoobjetivos das aulas de laboratrio, alm da verificao da teoria e da prtica em conjunto,tem-se tambm a aprendizagem da elaborao de relatrios. Por isso, no se aceitamcpias de relatrios de outros alunos da mesma classe, de outra classe ou de semestresanteriores. Da mesma forma, a cpia de texto integral ou parte de livros e apostilascaracteriza-se como plgio, o que tampouco aceito.

O relatrio dever seguir a norma da PUC para monografias, publicado na pgina dabiblioteca (http://pucminas.br/documentos/normalizacao_monografias.pdf ). Ademais, ostrabalhos devem seguir o padro para metodologia cientfica. Para isso, relatrio deverconter as seguintes sees:

1 IntroduoEsta parte composta de uma introduo sobre o tema da aula. Esta introduo consisteem uma apresentao rpida do experimento que foi realizado no laboratrio.

2 Objetivos

Geral: O objetivo geral o objetivo a que a experimento se prope de uma maneiraglobal. Por exemplo, em uma aula sobre o venturmetro, o objetivo seria a observao ouaprendizagem da teoria de Bernoulli, que associa a energia de presso do fluido com asenergias cintica e potencial, aplicada um mecanismo real conhecido por venturimetro e adeterminao de seu coeficiente de perda de carga.

Especficos: Os objetivos especficos, como diz o nome, apresentam todos os objetivos daprtica em relao as tarefas, como, por exemplo:

Coleta dos valores de presso esttica relativos variao da energia de pressodo fluido que passa pelo venturmetro em sua entrada e na restrio para cadavazo medida.

Elaborao do grfico H por Q (Vazo volumtrica)

Elaborao do grfico Cd X Q (Vazo volumtrica)

Elaborao do grfico log Cd X Q (Vazo volumtrica)

Ou Elaborao dos grficos H por Q (Vazo volumtrica), Cd X Q (Vazovolumtrica) e log Cd X Q (Vazo volumtrica)

Clculo do Cd atravs da inclinao da equao da linha de tendncia do grficolog Cd X Q (Vazo volumtrica)

Resumindo, no de maneira totalmente e completamente correta, mas os objetivos gerais

esto mais ligados ao que se espera da Anlise de Resultados e da Concluso enquantoos objetivos especficos esto mais conectados aos Resultados e Anlise de resultados.
http://pucminas.br/documentos/normalizacao_monografias.pdfhttp://pucminas.br/documentos/normalizacao_monografias.pdfhttp://pucminas.br/documentos/normalizacao_monografias.pdfhttp://pucminas.br/documentos/normalizacao_monografias.pdf


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3 Reviso Bibliogrfica

A Reviso Bibliogrfica deve conter todo o contedo terico necessrio para odesenvolvimento do experimento e dos clculos a serem executados. Todo o contedono quer dizer que tem que se fazer uma pesquisa sobre o assunto. No necessrioque seja feita uma pesquisa sobre o tema, pois esse no objetivo de um relatrio deuma aula prtica. No h necessidade de deduo de frmulas matemticas para cadacaso, e sim o uso das frmulas j desenvolvidas que podem ser encontradas na literaturatcnica, utilizadas e referenciadas nos relatrios de acordo com a norma.

4 - Metodologia

4.1 Materiais

Esta parte deve conter a lista de materiais utilizados em forma de lista e um esquema da

montagem, mostrando os materiais utilizados da forma que esto dispostos. Cadamaterial listado deve conter nome, modelo, fabricante, e demais dados. Se for uminstrumento de medio, deve-se apresentar unidades, faixa de escala, resoluo, algunsdados bsicos que julgar importantes.

4.2 Procedimento

O procedimento deve descrever os passos utilizados para a realizao do experimento.De certa forma, um leigo deve ler o procedimento e conseguir repeti-lo. Por isso, aconselhvel que se leia novamente os passos imaginando se algum poderia entender oque foi descrito.

5 Resultados

Todos os resultados obtidos no experimento, diretamente (medidos) ou indiretamente(calculados), devem ser apresentados nessa seo, preferencialmente em forma detabela. Vale lembrar que as equaes utilizadas nos clculos devem ser apresentadasprimeiramente na Reviso Bibliogrfica. No se pode utilizar uma equao que no tenhasido apresentada na Reviso Bibliogrfica. Tambm, todos os grficos gerados com osresultados com suas linearizaes aparecem nessa parte do trabalho. De maneiraalguma, deve-se apresentar desenvolvimento de clculos. E obvio que todos osresultados, sejam em forma de tabela ou grfico, devem conter as unidades (SI).

6 Anlise de Resultados

Anlise de todos os resultados obtidos nos experimentos, desde o comportamento dosdados medidos at a anlise dos resultados calculados, comparando-os, se possvel, comdados encontrados na literatura. Analisar os resultados diferente de comentar os dados.

7 Concluso

Concluso do relatrio, contrastando o que foi realizado no experimento e os resultadosobtidos e analisados com os objetivos propostos para a prtica. Nenhum dado ouinformao nova deve surgir na concluso. Tudo que se apresenta na concluso deverser apresentado nas sees anteriores.


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8 Referncia Bibliogrfica ou Bibliografia.

Lista de livros, artigos, reportagens, pgina na internet que foram usados como fonte deconsulta de acordo com a normalizao da PUC. O texto deve ser conectado com aBibliografia da maneira proposta pela norma.

A falta de qualquer uma dessas partes invalida o relatrio, anulando sua avaliao.

LEMBREM-SE: No permitido cpia de nenhuma maneira.


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TERMOMETRIA

1. Fundamentao terica necessria para o desenvolvimento do experimento:Termopares e resistncia de platina: princpio de funcionamento, vantagens elimitaes.

2. Objetivo da prtica:

Calibrar um termopar tipo K, um termopar tipo T e duas resistncias de platina PT 100.

3. Metodologia:

Listagem completa da instrumentao e equipamentos utilizados e do procedimentoexperimental adotado.

4. Resultados:

Medida Padro PT 100 pequeno PT100 grande Termopar K Termopar T(oC) ( ) (oC) ( ) (oC) (oC) E (mV) (oC)

123456

Tamb = --------- = --------- oC

a) Traar as curvas de aferio para cada instrumento: colocar na ordenada o VVC e naabscissa o valor obtido para cada sensor, na unidade lida. Deve-se incluir a equaoresultante da regresso linear e o fator de correlao R2. Faa a regresso linear comateno, pois esta equao dever ser usada nas demais aulas prticas.

b) Traar, em um nico grfico, a temperatura em graus Celsius obtida para cada sensorem funo do VVC.

5. Anlise de Resultados

6. Concluses

7. Referncias Bibliogrficas, de acordo com a norma.


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CONDUTIVIDADE TRMICA

1. Fundamentao terica necessria para o desenvolvimento do experimento: Leis deconservao. Conduo do calor (Lei de Fourier, condutividade trmica).

2. Objetivo:Determinar experimentalmente a condutividade trmica do cobre.

3. Metodologia

Materiais:Barra de cobre cilndrica com dimetro de 22 mm e comprimento de 120 mm, isoladalateralmente com cortia. Termopares tipo T fixados ao longo do comprimento da barra,gerador de vapor eltrico, cuba de vazo constante, milivoltmetro, chave seletora,proveta e cronmetro.

a) Fazer o desenho esquemtico do dispositivo experimental.

Procedimento Experimental:Ligar o vapor numa das extremidades da barra e a gua fria na extremidade oposta; Aguardar o sistema entrar em regime permanente e efetuar as medidas constantes nastabelas 1, 2 e 3.

4. Resultados Experimentais

Tabela 1 Vazo da guaMedida Tempo (s) Volume (ml) Vazo (ml/s)1

23Mdia aritmtica =

Tabela 2 Distribuio de temperatura na barraCoordenada espacialx (m)

Fora eletromotrizmV

TemperaturaT (oC)

0,000,030,060,090,12

Tabela 3 Temperaturas ambiente e da guaValores Valores na unidade lida Valores em CTemp. da gua entrada - T e Temp. da gua sada - T s Temp. ambiente - Tamb

a) Calcular a taxa de variao da entalpia da gua de refrigerao (taxa de conduodo calor na barra).b) Traar a reta de temperatura em funo da posio e determine a sua inclinao.


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c) Calcular a condutividade trmica do cobre atravs da Lei de Fourier.d) Comparar o valor da condutividade trmica do cobre obtida neste experimento com

o valor tabelado e discuta o resultado.


6. Concluses

7. Referncias Bibliogrficas, de acordo com a norma


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ISOLAMENTO TRMICO

1. Fundamentao terica necessria para o desenvolvimento do experimento:Conduo radial e estacionria em cilindros, sem gerao de energia trmica.Resistncia trmica, paredes cilndricas compostas, espessura crtica deisolamento. Caractersticas importantes para a seleo de um isolante trmico.

2. Objetivos:Determinar experimentalmente a condutividade trmica do polietileno expandido, ocoeficiente de transferncia de calor entre a superfcie externa do isolante e o ambiente eo raio crtico do isolamento.

3. Metodologia:

MateriaisTubo de cobre com dimetro externo de 28 mm e comprimento de 1000 mm, no interiordo qual est inserida uma resistncia eltrica.Isotubo de polietileno expandido com espessura de 10 mm, sobreposto ao tubo de cobre.Termopares tipo T fixados nas superfcies interna e externa do polietileno.Voltmetro, ampermetro, milivoltmetro, chave seletora.

Procedimento ExperimentalVerificar a posio dos termopares.Ligar o aquecimento eltrico.Medir a temperatura ambiente. Aguardar o sistema entrar em regime permanente e efetuar as medidas constantes nastabelas 1 e 2.

4. Resultados Experimentais

Tamb = --------- = --------- oC

Tabela 1 Temperaturas no isolantePosio dos termopares Fora eletromotriz (mV) Temperatura (oC)

Tabela 2 Potncia eltricaDiferena de potencial(V) Corrente eltrica (A) Potncia eltrica (W)

Fazer o desenho esquemtico do dispositivo experimental.

Calcular a taxa de conduo do calor no polietileno.Calcular a condutividade trmica do polietileno atravs da Lei de Fourier.


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Calcular o coeficiente de transferncia convectiva de calor entre a superfcie externa doisolante e o ar ambiente atravs da Lei do Resfriamento de Newton.Comparar o valor da condutividade trmica do polietileno obtida neste experimento com ovalor tabelado e discutir o resultado. Fornecer a fonte de consulta.Calcular o raio crtico do isolamento e discuta o resultado.


6. Concluses

7. Referncias Bibliogrficas, de acordo com a norma.


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ALETA

1. Fundamentao terica necessria para o desenvolvimento do experimento:Transferncia de calor em superfcies expandidas: anlise geral, aletas com a reada seo reta uniforme, eficincia trmica da aleta.

2. Objetivos:Medir os perfis de temperatura em regime permanente, em trs barras metlicascilndricas, de materiais e dimetros diferentes. Ajustar equaes propostas na literatura aos dados experimentais e obter os valores doscoeficientes mdios de transferncia de calor entre cada barra e o ar.Determinar a eficincia trmica de cada barra (aleta).

3. Metodologia:

Materiais:Barras cilndricas de alumnio e ao inoxidvel, isoladas numa extremidade, aquecidaseletricamente na extremidade oposta e com a superfcie cilndrica ( DL) exposta ao arambiente.Termopares tipo T fixados ao longo do comprimento das barras.Sistema de aquecimento eltrico.Milivoltmetro, chave seletora e sensor de temperatura

Procedimento Experimental:Verificar se o sistema se encontra em regime permanente e efetuar as medidasconstantes nas tabelas 1, 2 e 3.Medir a temperatura do ar ambiente: T = Tamb = -------oC

4. Resultados

Tamb = --------- = --------- oC


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Tabela 1 Perfil de temperatura na barra de alumnio (D = , L = 0,96 m) Coordenada espacialx(mm)

Foraeletromotriz(mV)

TemperaturaT(x)(oC)

Excesso de temperatura (x) = T (x) - T

(oC)20406080100120150180210250300350450550700850945

Tabela 2 Perfil de temperatura na barra de ao inoxidvel(D = , L=0,96 m)

Coordenada espacialx

(mm)

Foraeletromotriz

(mv)

TemperaturaT(x)

(o

C)

Excesso de temperatura(x) = T(x)-T

(o

C)102030507090106120160170180200250300350400600800900


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Tabela 3 Perfil de temperatura na barra de ao inoxidvel(D=1 ,L=0,96 m)

Coordenada espacialx(mm)

Foraeletromotriz(mv)

TemperaturaT(x)(oC)

Excesso de temperatura(x) = T(x)-T

(oC)102030507090106120145170213250302350500700900

Fazer o desenho esquemtico do dispositivo experimental.Para cada aleta, traar a curva (x) versus x e determinar a sua inclinao em x = 0.

Calcular a taxa de conduo do calor em cada aleta, atravs da Lei de Fourier.Para cada aleta, calcular a rea sob a curva (x) versus x. Atravs do balano de energia na aleta, calcular o coeficiente de transferncia convectivade calor entre cada aleta e o ar ambiente.Calcular a eficincia de cada aleta.

5. Anlise dos Resultados:

6. Concluses

Referncias Bibliogrficas, de acordo com a norma


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CONDUO TRANSIENTE - MTODO DA CAPACITNCIA GLOBAL

1. Fundamentao terica necessria para o desenvolvimento do experimento:Conduo em regime transiente: mtodo da capacitncia global.Conveco natural.

2. ObjetivoDeterminar experimentalmente os coeficientes de transferncia convectiva de calor emcorpos submersos.

3. MetodologiaMateriais:

Corpos de prova com um termopar tipo T fixado em seus centros (esferas e cilindros dealumnio e de cobre);Estufa;Cronmetro;Milivoltmetro;PaqumetroSensor de temperatura.

a. Corpo de prova 1Geometria: ---------------------------------------------------Dimenses: --------------------------------------------------Material: -------------------------------------------------------Propriedades do material: = --------- kg/m3, cp = -----------J/kg.oC,k = --------------- W/m.oC

Temperatura do ar no interior da estufa: T = ------- mV = ---------o

CTemperatura ambiente: T amb = ------------oC

b. Corpo de prova 2Geometria: ---------------------------------------------------Dimenses: --------------------------------------------------Material: -------------------------------------------------------Propriedades do material: = --------- kg/m3, cp = -----------J/kg.oC,k = --------------- W/m.oCTemperatura do ar no interior da estufa: T = ------- mV = ---------oCTemperatura ambiente: T amb = ------------oC

Procedimento Experimental Aquecimento no arColoca-se o corpo de prova no interior da estufa e registra-se simultaneamente atemperatura do slido T(t) e o tempo t. A temperatura T neste caso a do ar na estufa,longe do slido.


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4. Resultados

Tabela 4.1 Temperaturas do slido (corpo de prova 1)Tempot (s)

Fora eletromotrizE (mV)

TemperaturaT(t) (oC)

Dif. de temperatura(t) = T(t) - T (oC) - ln (t)/ i

0

Tabela 4.2 Temperaturas do slido (corpo de prova 2)Tempot (s)

Fora eletromotrizE (mV)

TemperaturaT(t) (oC)

Dif. de temperatura(t) = T(t) - T (oC) - ln (t)/ i

0

Fazer o desenho esquemtico do dispositivo experimental.Para cada corpo de prova, traar a reta - ln (t)/ i versus t e determinar a suainclinao, m.Calcular o coeficiente mdio de transferncia convectiva de calor entre cada slido e o aratravs da equao resultante do balano de energia global no slido:h = m cp V/A.Verificar se a hiptese de Biot 0,1 satisfeita para todos os ensaios.Calcular a quantidade de calor (J), trocada por conveco entre cada corpo de prova e oar, transcorridos 10 minutos da colocao do corpo de prova no interior da estufa.Para cada ensaio, calcular o coeficiente de transferncia convectiva de calor. Atravs dascorrelaes para a conveco natural propostas na literatura, comparar com os valoresobtidos experimentalmente e discutir os resultados.


6. Concluses



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ANLISE DE UM TROCADOR DE CALOR BITUBULAR GUA-GUA OPERANDO EMCONTRA-CORRENTES E EM CORRENTES PARALELAS

1. Fundamentao terica necessria para o desenvolvimento do experimento:Tipos de trocadores de calor.Coeficiente global de transferncia de calor.Mtodo da Mdia Logartmica das Diferenas de Temperaturas (DTML).Mtodo da Efetividade NUT

2. Objetivos:Determinar a taxa de transferncia de calor, a DTML, o coeficiente global de transfernciade calor e a efetividade para cada modo de operao do trocador de calor.

3. Metodologia:

Materiais: Aquecedor eltrico;Trocador de calor de tubo duplo gua-gua;Termopares tipo T;Sensores de temperatura;Cronmetro;Milivoltmetro ;Variador de tenso (fonte Vca)

So dados:Dimetro do recipiente cilndrico para medida de vazo: D = 123 mm

Comprimento do trocador de calor: L = 2,4 mDimetro interno do tubo interno do trocador de calor: di = 10 mmDimetro externo do tubo interno do trocador de calor: de = 12 mmDimetro interno do tubo externo do trocador de calor: Di = 20 mmDimetro externo do tubo externo do trocador de calor: De = 22 mmMaterial dos tubos: cobre

Procedimento experimental

Abrir os 02 registros de gua fria.Ligar a bomba dgu a no painel de controle. Ajustar as vazes da gua aos valores desejados.Ligar a resistncia do aquecedor eltrico no painel de controle, ajustando a potnciaeltrica desejada (temperatura de entrada da gua quente no trocador de calor) atravsda fonte Vca.Operar o trocador de calor em correntes paralelas, aguardar o regime permanente eefetuar as medidas constantes nas tabelas 1 e 2.Operar o trocador de calor em contra - correntes, aguardar o regime permanente e efetuaras medidas constantes nas tabelas 3 e 4.


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4. Resultados:

Tabela 1 Vazes mssicas operao em correntes paralelas gua fria gua quente

Altura H, (mm)Intervalo de tempo, t(min)Vazo Volumtrica, V (m3/s) V = Asr H / tVazo mssica, m (kg/s) m = V

Tabela 2 Temperaturas - operao em corrente paralelasTemp. de entradada gua friaTef

Temp. de entradada gua quenteTeq

Temp. de sadada gua friaTsf

Temp. de sada da guaquenteTsq

mV oC mV oC mV oC mV oC

Tabela 3 Vazes mssicas operao em contra-corrente gua fria gua quente

Altura H, (mm)Intervalo de tempo, t(min)Vazo Volumtrica, V (m3/s) V = Asr H / tVazo mssica, m (kg/s) m = V

Tabela 4 Temperaturas - operao em contra-correnteTemp. de entradada gua friaTef (canal 4)

Temp. de entrada dagua quenteTeq

Temp. de sadada gua friaTsf

Temp. de sada dagua quenteTsq

mV oC mV oC mV oC mV oC

a) Para cada modo de operao do trocador de calor, calcular a taxa de transferncia decalor, a mdia logartmica das diferenas de temperaturas (DTML), o coeficiente global detransferncia de calor e a efetividade.


6. Concluses


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