LICENCIATURA EM ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA

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INSTITUTO POLITÉCNICO DE BRAGRANÇA LICENCIATURA EM ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA LABORATÓRIOS DE ENGENHARIA QUÍMICA I

TRABALHO EXPERIMENTAL 3:

TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO NATURAL E FORÇADA À VOLTA DE CILINDROS METÁLICOS.

Discentes:

Docente:

Bragança, Novembro 2018

Sumário

Este trabalho laboratorial teve como objetivo a determinação dos coeficientes de convecção natural e forçada entre o ar ambiente e um cilindro metálico (aço) por meio dos resultados obtidos experimentalmente com valores previstos por correlações.

Foram utilizados dois cilindros metálicos de mesma dimensão e material, arrefecido por convecção natural e convecção forçada por passagem de ar ambiente à 3,5 m/s.

Com os valores experimentais (hn = 8,162 W/m2.°C e hf = 26,642 W/m2.°C) e teóricos dos coeficientes de ambos os casos, efetuou-se uma análise comparativa e crítica dos mesmos. Após análise dos resultados obtidos, verificou-se que o arrefecimento no caso de convecção forçada acontece mais rapidamente.

1. Introdução

2. Metodologia Experimental

3. Resultados e Discussão

3.1. Condições experimentais

Neste trabalho, foram analisadas situações em que um cilindro metálico a inicialmente 90°C foi arrefecido por meio de: convecção natural, apenas em contato com o ar ambiente; e convecção forçada, em que o ar foi movimentado na direção perpendicular ao eixo axial do cilindro por meio de uma ventoinha.

Os parâmetros físico-químicos do material e do ar, dimensões do cilindro estão dispostos nas tabelas a seguir.

Tabela 1: Dimensões do cilindro metálico.

Diâmetro (m)	0.022
Raio (m)	0.011
Comprimento (m)	→ ∞
Área (m2)	0.00038

Tabela 2: Parâmetros físico-químicos do material metálico.

ρ (kg/m3)	0.747
Cp (J/kg.K)	520.3
µ (mPA.s)	1.81 x 10-5
k (W/m.°C)	0.025

Tabela 3: Registro de temperaturas iniciais do cilindro e do ar, gradiente inicial de temperatura e velocidade do ar.

Ti,barra (°C)	78.2
T∞ (°C)	21.6
θi (°C)	56.6
u∞ (m/s)	3.50

Tabela 4: Registros de tempo e temperatura para o experimento envolvendo convecção natural.

t (min)	T (°C)	t (min)	T (°C)	t (min)	T (°C)
0	66.8	24	40.2	48	29.7
1	66.2	25	39.6	49	29.3
2	64.3	26	38.9	50	29.1
3	62.6	27	38.3	51	28.8
4	60.9	28	37.7	52	28.6
5	59.3	29	37.2	53	28.3
6	57.8	30	36.6	54	28.1
7	56.3	31	36.1	55	27.8
8	55.1	32	35.6	56	27.8
9	53.9	33	35.0	57	27.8
10	52.4	34	34.7	58	27.5
11	51.3	35	34.2	59	27.2
12	50.2	36	33.8	60	26.9
13	49.1	37	33.3	61	26.8
14	48.2	38	33.0	62	26.8
15	47.2	39	32.6	63	26.3
16	46.2	40	32.2	64	26.3
17	45.4	41	31.9	65	26.1
18	44.6	42	31.5	66	25.8
19	43.8	43	31.2	67	25.6
20	42.9	44	30.8	68	25.5
21	42.2	45	30.6	69	25.3
22	41.5	46	30.2	70	25.2
23	40.8	47	29.9

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