Transferência de Calor

TRABALHO 02

Método da Placa Quente Guardada

Cria-se um fluxo de calor aproximadamente unidirecional ao longo de um arranjo simétrico de duas amostras do material cuja condutividade térmica se deseja medir. Este método é utilizado para ensaiar amostras planas de materiais homogêneos que apresentam baixa condutividade térmica. Funciona pela aplicação de um fluxo de calor conhecido a duas amostras do material, montadas de maneira simétrica em torno de uma placa quente central. O fluxo de calor é gerado pelo aquecimento dessa placa. Conhecendo-se a potência dissipada para o aquecimento e medindo-se as temperaturas das faces das amostras com o sistema em regime permanente, aplica-se a lei de Fourier para determinar a condutividade térmica do material.

Um anel lateral de proteção é utilizado para minimizar perdas de calor pela lateral da placa de aquecimento. A amostra é submetida a um fluxo de calor gerado por uma resistência alimentada por uma fonte de tensão regulável. O calor flui através da amostra e é dissipado na placa fria, formando um fluxo aproximadamente unidimensional. Com o auxílio de um fluxímetro, determina-se o valor desse fluxo; com medidas auxiliares de área, comprimento da amostra e temperaturas, tem-se todos os elementos para a determinação da condutividade térmica por meio da lei de Fourier. No interior da peça de alumínio, as trocas de calor se dão unicamente por condução. Dessa maneira, a transferência de calor é regida pela lei de Fourier.

Figura 1 - Esquema proposto e a equação utilizada no método

[pic 1][pic 2][pic 3]

Técnicas Experimentais: As amostras de alumínio fornecidas são feitas da liga 6531-T6 e possuem as seguintes dimensões: Comprimento: 100 𝑚𝑚𝑚𝑚; Seção transversal: 31,75 𝑚𝑚𝑚𝑚 por 31,75. Coloca-se uma peça em cada lado da placa aquecedora. Na junção, utiliza-se uma pasta de alta condutividade térmica de modo a reduzir a resistência térmica de contato. Para medição da temperatura nas extremidades de cada barra, utiliza-se quatro termopares tipo J. Insere-se todo o conjunto no interior de um invólucro de madeira. A fim de preservar uma fina camada de ar entre as paredes da caixa e as amostras, e utiliza-se pequenos batentes feitos de material plástico, colados às suas faces laterais. Como essa camada é muito fina e não possui conexão com o ar exterior, pode-se assumir que esteja estacionária. Ar estacionário é um excelente isolante térmico, uma vez que apresenta uma condutividade térmica baixíssima. O espaço remanescente entre as paredes da caixa e as superfícies laterais das amostras é parcialmente preenchido com lã de rocha, material considerado excelente isolante térmico. O conjunto formado pelo ar, a lã de rocha e a caixa de madeira permite inferir de maneira razoável que não haverá perdas de calor em nenhum sentido fora o axial. Com o sistema em regime permanente, sabe-se que a diferença de temperaturas entre as extremidades de cada barra será diretamente proporcional ao fluxo de calor através dela. Para maximizar essa diferença de temperaturas e obter um sinal de boa amplitude para medição com os termopares, utiliza-se toda a potência que pode ser fornecida pela placa de aquecimento.

...