TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONDUÇÃO E CONVECÇÃO

RESUMO

O presente relatório tem por objetivo a discussão sobre a transferência de calor através da condução em 4 barras metálicas e da convecção em meio líquido por meio das temperaturas e dos coeficientes teóricos e experimentais de transferência de calor.

Partindo-se dos dados experimentais obtidos é possível construir o perfil de comportamento das temperaturas em função da variação da posição, e ainda, estimar os valores do coeficiente convectivo experimental de transferência de calor para cada uma das quatro barras metálicas utilizadas como meio de transferência, e então, provendo-se das relações adimensionais dadas na literatura, calcular os valores do coeficiente convectivo teórico, fazendo um comparativo entre os valores obtidos e os valores desejados, para isto, considerando o valor do erro relativo calculado para esses valores.

Avaliou-se mecanismos como condução, um processo pelo qual o calor flui de uma região de temperatura mais alta para outra de temperatura mais baixa, de molécula a molécula, e convecção, processo de transporte de energia pela ação combinada da condução de calor, armazenamento de energia e movimento de mistura, para cada barra.

Para a temperatura de 60°C os coeficientes convectivos verificados experimentalmente foram de 21,23 W/m2°C para a barra A, 13,28 W/m2°C para a barra B, 23,15 W/m2°C para a barra C e de 33,16 W/m2°C para a barra D; já para a temperatura de 91°C os valores foram de 36,88 W/m2°C, 20,95 W/m2°C, 37,93 W/m2°C e 47,16 W/m2°C para as barras A, B, C e D, respectivamente.

O coeficiente convectivo teórico calculado apresentou valores para a temperatura de 60°C de 8,941 W/m2°C, 10,301 W/m2°C, 11,588 W/m2°C, 11,22 W/m2°C, respectivamente para as barras A, B, C e D, já para a temperatura de 91°C foram de 9,78 W/m2°C, 11,235 W/m2°C, 12, 536 W/m2°C e 12,144 W/m2°C, para as barras A, B, C e D, respectivamente.

A diferença entre o valor teórico e o experimental foi bastante significativa, apresentando erros relativos bastante elevados, o que pode estar atrelado a algum defeito do equipamento, ou erro ao manuseá-lo.

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS 4

LISTA DE TABELAS 5

NOMENCLATURA 6

1. INTRODUÇÃO 7

2. OBJETIVOS 9

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 10

3.1 Conceitos Físicos Importantes para Medição de Vazão 10

3.2 Regime de Escoamento em uma Tubulação 11

3.3 Equação da Continuidade 11

3.4 Equação de Bernoulli 12

3.5 Medidores de Vazão 12

3.5.1 Anemômetro 12

3.5.2 Hidrômetro 13

3.5.3 Placa de Orifício 14

3.5.4 Tubo de Pitot 15

3.5.5 Tubo de Venturi 17

3.5.6 Rotâmetro 18

4. MATERIAIS E MÉTODOS 20

4.1 Materiais e equipamentos 20

4.2 Métodos: 21

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 22

6. CONCLUSÃO 33

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 35

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Modos de transferência de calor: condução, convecção e radiação.

Figura 2: Transferência de calor unidimensional por condução.

Figura 3: Desenvolvimento da camada-limite na transferência de calor por convecção.

Figura 4: Processos de transferência de calor por convecção. (a) Convecção forçada. (b) Convecção natural. (c) Ebulição. (d) Condensação.

Figura 5: Módulo experimental para a realização dos experimentos.

Figura 6: Perfil de temperatura em função da posição para T=60°C.

Figura 7: Perfil de temperatura em função da posição para T=91°C.

Figura 8: Gráfico da distribuição normal dos resíduos para T0=60°C.

Figura 9: Gráfico da distribuição normal dos resíduos para T0 = 91°C.

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Equações das camadas-limite e suas condições de contorno na direção y na forma adimensional

Tabela 2: Dados experimentais de temperatura em função da posição X na barra

Tabela 3: Temperaturas adimensionalizadas

Tabela 4: Valores de R2 para o ajuste ao modelo sugerido

Tabela 5: Valores do parâmetro m

Tabela 6: Condutividades térmicas dos materiais que constituem as barras

Tabela 7: Coeficientes convectivos verificados experimentalmente

Tabela 8: Propriedades físicas para o ar na temperatura de 60°C

Tabela 9: Propriedades físicas para o ar na temperatura de 91°C

Tabela 10: Valores dos números adimensionais e do coeficiente convectivo para T0=60°C

Tabela 11: Valores dos números adimensionais e do coeficiente convectivo para T0=60°C

Tabela 12: Erros Relativos

NOMENCLATURA

T = Temperatura

Tp = Temperatura de película

T∞ = Temperatura do fluido

Tamb = Temperatura ambiente

Tad = Temperatura adimensional

Ts = Temperatura média da superfície da barra

Tm = Temperatura média

x