Caracterização de uma placa metálica a partir da condutividade térmica

RELATÓRIO DO EXPERIMENTO 1: CARACTERIZAÇÃO DE UMA PLACA METÁLICA A PARTIR DE SUA CONDUTIVIDADE TÉRMICA

 

André Victor Barros, [e-mail]1 

Bruno Cavalcanti Pitta, [e-mail]1 

Bruno Gurgel Marinho Fernandes, [e-mail]1 

1Universidade Federal do Rio Grande do Norte, graduação em Engenharia Mecânica.

Resumo: O presenete trabalho tem o objetivo de relatar o experimento entitulado "Caracterização de uma placa metálica a partir de sua condutividade térmica". O expemento ilustra o uso da condutividade térmica como característica intrinseca ao material, sendo utilizada para determinar o material, de uma placa plana desconhecida,  a partir do cálculo da propriedade. Sabendo-se que o fluxo de calor ao longo de uma superfície em regime permanente é constante, e conhecendo-se a condutividade térmica de uma placa de vidro foi possível determinar o fluxo de calor ao longo da placa metálica do forno a partir da Lei de Fourier. E posteriormente, com o auxílio da mesma lei, determinar a condutividade térmica do material metálico utilizado.

Palavras-chave: condutividade térmica, fluxo de calor, Lei de Fourier.

1. INTRODUÇÃO

No dia 14 de Março de 2012 foi realizado no laboratório de mecânica dos fluidos (Núcleo de Tecnologia – CT) um experimento para caracterização da condutividade térmica de um material. Para o experimento foram utilizados: um forno com uma chapa metálica acoplada, uma placa de vidro com condutividade térmica conhecida, uma placa metálica de material desconhecido, um termopar e um paquímetro. Foi calculado o fluxo de calor através da placa de vidro por meio das tomadas de temperatura feitas com o termopar, utilizando-se a Lei de Fourier para placas planas. O experimento foi repetido para a placa metálica. Tendo-se o fluxo de calor e a espessura da placa conhecida, e fazendo-se a medida da temperatura da superfície do forno e da placa metálica, foi obtida novamente pela equação de Fourier a condutividade térmica desta. Posteriormente, o valor encontrado foi analisado e comparado com o valor encontrado na literatura.

1. DESENVOLVIMENTO

1. Condução Térmica

Condução é o método de transferência de calor, onde a energia é transferida das partículas mais energéticas para as menos energéticas de uma substancia devido ás interações entre as partículas. Processo que ocorre para as substancias em estado sólido.

O fluxo de calor da chapa aquecida para as outras placas em sua superfície ocorre por condução por se tratar da interação de duas estruturas no estado sólido.

1. Condutividade Térmica

No experimento a condutividade térmica é utilizada para a caracterização do material utilizado. É sabido que esta propriedade está intrinsecamente relacionada ao tipo de material. A propriedade é uma medida que quantifica o fluxo de calor que atravessa uma placa plana por unidade de comprimento (espessura do material em questão)e da diferença de temperatura das extremidades da placa (W∕m*K – Unidade no utilizada no sistema internacional). A condutividade térmica fornece uma indicação da taxa na qual a energia é transferida por difusão para placas planas.

Neste experimento utilizamos a Lei de Fourier para placas planas - Eq. (1).

” =         Eq. (1)[pic 1][pic 2]

Onde:  ” = fluxo térmico em W∕[pic 3][pic 4]

              K = condutividade térmica do material em W∕m*K

              ΔT = diferença de temperatura entre as superfícies da placa, podendo ser dada em K ou ̊C.

              ΔX = espessura da placa, dada em metros.

A equação se aplica para fluxos de calor por condução que atuam de forma unidimensional, como o da placa plana de contato em questão.

1. Materiais Utilizados

Os materiais utilizados no experimento feito foram os seguintes: Placa de vidro com espessura de 5,9 milímetros, placa metálica feita de material desconhecido com espessura de 6,35 milímetros, paquímetro, termopar, forno elétrico com chapa metálica acoplada e uma pinça

1. Metodologia

Para descobrir a condutividade térmica da placa e assim caracterizar o material, é necessário calcular o fluxo de calor gerado pelo forno com a chapa metálica acoplada, à partir de um material com condutividade térmica conhecida.

Primeiramente, foi medida a espessura das placas, sendo obtidos 5,9mm para o vidro e 6,35mm para a placa de metal desconhecido. Depois o forno foi ligado e medimos a sua temperatura após a sua estabilização, tendo sido obtido 217 ̊C na superfície em questão.  A temperatura ambiente medida para o experimento foi de 22̊C, sendo também essa a temperatura do vidro.