RELATÓRIO DE CARACTERIZAÇÃO DA ESCOLA E DA COMUNIDADE

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

LABORATÓRIO DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE

CONVECÇÃO FORÇADA

Disciplina: Laboratório de Fenômenos de Transporte – EQUI0097

Turma: T02

Docente: Manoel Marcelo do Prado

Discentes: Carine Andrade Komatsu

Joana Nogueira Santos Silva

Sebastião Chagas Netto

Yuri Natã Dantas Silva

SÃO CRISTOVÃO

2013

RESUMO

A convecção é o fenômeno da transferência de calor que se observa nos fluidos, gases e líquidos, e acontece em razão da diferença de densidade do fluido. Nesse relatório foi realizado, no laboratório de fenômenos da Universidade Federal de Sergipe, o experimento de convecção forçada ao redor de um corpo cilíndrico em um túnel de vento com o objetivo de determinar os coeficientes convectivos médios de transferência de calor. A partir do conceito de convecção mais todo o levantamento bibliográfico, foram realizados cálculos que levaram a resultados os quais foram comparados com a literatura, avaliando assim a influência do número de Reynolds e do número de Nusselt. Com os dados obtidos buscou-se saber quais propostas representariam melhor os fenômenos da prática.

Palavras-chave: Transferência de calor; convecção forçada

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SUMÁRIO

1 REFERENCIAL TEÓRICO        

1.1 TRANSFERÊNCIA DE CALOR        

1.2 CONVECÇÃO        

1.3 O CILINDRO EM ESCOAMENTO CRUZADO        

1.4 NÚMEROS ADIMENSIONAIS        

1.4.1 Número de Reynolds        

1.4.2 Número de Prandtl        

1.4.3 Número de Nusselt        

1.4.4 Número de Biot        

1.5 MÉTODOS EMPÍRICOS        

1.6 TEMPERATURA DO FILME PARA ESCOAMENTOS EXTERNOS        

1.7 ESTUDO DE CORRELAÇÕES        

1.7.1 Correlação de Hilpert        

1.7.2 Correlação de Zukauskas        

1.7.3 Correlação de Churchill e Bernstein        

2 OBJETIVO        

3 MATERIAIS E MÉTODOS        

3.1 MATERIAIS        

3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL        

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES        

4.1 DEFINIÇÃO DO COEFICIENTE DE CONVECÇÃO EXPERIMENTAL        

4.2 DEFINIÇÃO DO NÚMERO DE REYNOLDS E NÚMERO DE NUSSELT        

4.3.1 Correlação de Hilpert        

4.3.2 Correlação de Zukauskas        

4.3.3 Correlação de Churchill e Bernstein        

4.4 COMPARATIVO ENTRE O COEFICIENTE DE CONVECÇÃO ENCONTRADO EXPERIMENTALMENTE E O DAS CORRELAÇÕES        

5 CONCLUSÃO        

REFERÊNCIAS        

ANEXO A        

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1 REFERENCIAL TEÓRICO

1.1 TRANSFERÊNCIA DE CALOR

De acordo com Çengel (2009), calor é a forma de energia que pode ser transferida de um sistema para outro como consequência da diferença de temperatura entre eles e a ciência que estuda as taxas de transferência de calor é chamada de transferência de calor.

O calor pode ser transferido de três modos: condução, convecção e radiação. Todos os modos de transferência de calor exigem a existência de uma diferença de temperatura e todos ocorrem da maior para a menor temperatura (Çengel, 2009).

1.2 CONVECÇÃO

Convecção é o modo de transferência de energia entre uma superfície sólida e uma líquida ou gás adjacente, que está em movimento e envolve os efeitos combinados de condução e de movimento de um fluido. Quanto mais rápido o movimento do fluido, maior será a transferência de calor por convecção. Na ausência de qualquer movimento de uma massa de um fluido, a transferência de calor entre uma superfície sólida e o fluido adjacente é por pura condução. A presença de movimento de uma massa de fluido aumenta a transferência de calor entre eles, mas isso também dificulta a determinação das taxas de transferência de calor (Çengel, 2009).

A convecção é chamada de convecção forçada se o fluido é forçado a fluir sobre a superfície por meios externos, tais como um ventilador, bomba ou vento. Em contrapartida, a convecção é chamada de convecção natural (ou livre) se o movimento fluido é causado por forças de flutuação que são induzidas por diferenças de densidade, devidas à variação da temperatura no fluido (Çengel, 2009).

Segundo Çengel (2009), a transferência de calor por convecção depende fortemente das propriedades do fluido, como viscosidade dinâmica (µ), a condutividade térmica (k), a densidade (ρ) e calor específico (cp), assim como da velocidade do fluido (V). Ela também depende da geometria e da rugosidade da superfície sólida, além do tipo de escoamento do fluido (tal como ser laminar ou turbulento).

A Figura 1 apresenta um exemplo de transferência de calor permanente através de um fluido contido entre duas placas paralelas mantidas a diferentes temperaturas.

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Figura 1 - Transferência de calor através de um fluido aprisionado entre duas placas paralelas (Çengel, 2009).

O fluxo de transferência de calor por convecção é representada pela lei de Newton do resfriamento:

     (W/m²)                                                                      (1)[pic 3]

A taxa de transferência de calor é representada por: