Relatório Condução de Calor de Aletas

Engenharia Mecânica

Transferência de calor 1

Prática nº 1

Professor:                

Alunos:         

                

1 – Introdução

A condução de calor possui como princípio a normalização do sistema observado, ou seja, dissipar a alta agitação de moléculas de um determinado corpo para outro. Assim, o calor é transferido, através do contato entre materiais, do mais quente para o mais frio visando o equilíbrio térmico. Neste relatório, iremos analisar a transferência de calor em superfícies estendidas ou aletas, tal termo é comumente usado para descrever um caso especial importante envolvendo a transferência de calor por condução no interior de um sólido junto a transferência de calor por convecção nas fronteiras de um sólido. A aplicação mais frequente de uma superfície estendida é aquela na qual é usada especificamente para aumentar a taxa de transferência de calor entre um sólido e um fluido adjacente, aumentando a área de contato do material em prova.

1.1 – Descrição do problema

Identificar o coeficiente convectivo através dos dados fornecidos e obtidos no experimento e verificar se o valor obtido é equivalente ao da literatura. Essa análise é realizada através da observação da variação da temperatura em função da distância adotada ao longo da barra, como ponto de referência o primeiro termopar.

1.2 – Objetivos

O objetivo do presente relatório é demonstrar a atuação da transferência de calor em superfícies estendidas, analisando os resultados obtidos do coeficiente de convecção térmico observado, para assim prever o fluxo de calor da barra utilizando as equações da literatura.  

2 – Metodologia

No experimento foi observada a variação da temperatura em uma aleta considerada infinita (com comprimento relativamente grande se comparado a um ponto de referência). Essa observação foi possível devido ao posicionamento de sete termopares separados por uma distância de 0,05 m, os mesmos mediam a temperatura em pontos distintos de uma aleta de latão (tipo CZ121) com condutividade térmica de 123 W/mK, área da secção transversal de 0,0000765 m², comprimento de 0,3m e perímetro de 0,0314 m, exibindo-as no display da máquina TD1002 HEAT TRANSFER EXPERIMENT BASE UNIT. A potência utilizada no experimento foi de 8,5 W.

3 – Resultados

Analisando a aleta de seção transversal uniforme, com geometria cilíndrica (aleta piniforme), pode-se caracterizá-la como infinita para fins didáticos, ou seja, seu comprimento L é tão grande que não há convecção de calor na extremidade do objeto.

Para tal, utiliza-se a Equação 1 para o cálculo da distribuição de temperaturas e a Equação 2 para o cálculo da taxa de transferência de calor. O restante das equações funcionam como auxiliadoras para manipulações matemáticas de forma a encontrar o h do experimento.

        ,                                                                                         (1)[pic 1]

        ,                                                                                        (2)[pic 2]

Sendo que

        ,                                                                (3)[pic 3]

        ,                                                                                        (4)[pic 4]

                                                                                        (5)[pic 5]