As Elementos de Máquinas

ANÁLISE DE ALETA

São João Del-Rei 2017

TURNO: INTEGRAL

Bruna de Oliveira Barreto

Gustavo Almeida Zappi

Yohan Valadares Moreira dos Santos

Igor Bolognani de Oliveira

Victor Lattaro

Relatório técnico apresentado como requisito parcial para aprovação na  disciplina de Transferência de Calor I, do curso de Engenharia Mecânica, da Universidade Federal de São João Del Rei – Minas Gerais.

Prof. Dr. José Antônio da Silva

São João Del-Rei 2017

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO.        03
2. OBJETIVOS        04
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA        04
4. MATERIAIS E MÉTODOS        05

1. Instrumentação        05
2. Procedimentos da Prática        08

1. RESULTADOS E DISCUSSÕES        09

1. Coleta de Dados        09
2. Memorial de Cálculo        10
3. Análise dos Resultados        13

1. CONCLUSÃO.        14

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS        15

ANEXO A        15

1. INTRODUÇÃO

Os problemas de troca térmica consistem em sua natureza em desenvolver equipamentos capazes de realizar uma determinada remoção ou adição de energia na forma do calor. Portanto, o estudo desses fenômenos se torna disciplina obrigatória em qual quer curso de [...] engenharia mecânica (MUNIZ, 2001).

Entre os muitos equipamentos que podem ser projetados, temos as aletas, que são superfícies estendidas que visam aumentar a transferência de calor entre a superfície de um sólido e um fluído que escoa sobre essa superfície. Essa técnica possibilita um maior contato por um aumento de área através da inclusão de protuberâncias para aumentar a taxa de transferência de calor (MUNIZ, 2001). Seus tipos e configurações são determinados em função da configuração do corpo em  que se deseja intensificar a troca térmica. Essas podem ser classificadas em três grupos básicos: aletas planas, anulares ou piniformes (INCROPERA et al., 2008).

O estudo e a modelagem desses tipos de problemas consistem em à partir de uma equação geral do balanço de energia desenvolvida para as aletas, determinar o perfil de temperatura e posteriormente determinar a taxa de transferência calor. Com essa informação calculando-se a eficiência de uma aleta à partir da taxa de transferência de calor, assim determinando todos os parâmetros térmicos de uma aleta. Com as informações da aleta estudada e com as informações das dimensões da superfície original e com os espaçamentos entre as aletas, podemos determinar as características de projeto da superfície aletada, calculando eficiência da superfície, número de aletas e taxa de calor removido pela superfície  (MUNIZ, 2001).

O estudo sobre o mecanismo de transferência de calor por convecção apresenta grande relevância no meio científico devido à possibilidade de inúmeras aplicações na Engenharia. Tais aplicações podem ser vistas em alguns problemas como: projeto, operação e manutenção de trocadores de calor, que são encontrados em centrais térmicas, instalações de aquecimento de água, refrigeração de radiadores de veículos automotores; isolamentos térmicos para a minimização da transferência de calor em equipamentos térmicos, câmaras frias e para conforto térmico em ambientes de trabalho e residencial; controle de temperatura em equipamentos que operam em faixas específicas ou com um valor crítico, como componentes de computadores (SIEGEL, 2002).

1. OBJETIVOS

O relatório em questão visa analisar o comportamento de uma aleta no processo de transferência de calor quando exposto a um aquecimento acima da média.

O comportamento descrito será quantificado por meio da teoria estudada a fim de avaliar, também, a distribuição de temperatura em pontos distintos da aleta.

Comparando resultados práticos e teóricos, o estudo busca discutir as propriedades encontradas enquadrando-as na ordem de grandeza adotada pelos livros e sua influência ao considerar uma aleta longa e suas características específicas. Ademais, pretende-se definir o material que melhor se adequa ao resultado encontrado.

1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Aletas são superfícies estendidas que têm o objetivo de aumentar a taxa transferência de calor por convecção entre um sólido e um fluido adjacente. Elas existem em variadas configurações e, no experimento em questão, a utilizada foi do tipo pino. Para esse caso, os cálculos serão realizados conforme as seguintes equações:

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

        

[pic 5]

[pic 6]

-𝑇(𝑥)é a temperatura em um ponto x da aleta;

• 𝑇∞ é a temperatura da vizinhança;

• 𝑇0 é a temperatura da base;

• 𝑚 é o coeficiente da aleta;

• ℎ é o coeficiente de película;

• 𝑃 é o perímetro da aleta;

• 𝑘 é a condutividade térmica;

• 𝐴 é a área de seção transversal da aleta;

• 𝐿 é o comprimento da aleta;

• 𝑄 é o calor transferido.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

O experimento foi realizado no Laboratório Computacional de Ciências Térmicas e dos Fluidos do departamento de Ciências Térmicas e dos Fluidos (DCTEF) da Universidade Federal de São João del Rei (UFSJ). O técnico responsável pelo laboratório apresentou o funcionamento do equipamento e executou a atividade, enquanto o grupo anotava os dados e esclarecia possíveis dúvidas.