Logistica Reversa

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

LABORÁTÓRIO DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE

CALIBRAÇÃO DE TERMOPARES E

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE TROCA DE CALOR POR CONVECÇÃO

Juliano Missau, Priscila Marques Julio, Renan Osorio Zborowski

Santa Maria, junho de 2013.

RESUMO

Este relatório apresentará o desenvolvimento da prática experimental referente à calibração de termopares e determinação do coeficiente de troca de calor por convecção. O método proposto consiste em dois momentos, um deles relativo a calibração dos termopares, onde se mergulhou os corpos de prova em um banho termostático e com o auxílio de um termômetro para inferir a temperatura real do banho. Aqueceu-se esse banho a 65oC e anotou-se os valores indicados pelo termômetro. Na segunda parte, para determinação do coeficiente de convecção, aqueceu-se o banho até 80oC, mediu-se as dimensões dos corpos de prova, os quais foram introduzidos no banho, a variação da temperatura foi controlada até a estabilização.

SIMBOLOGIA

h = coeficiente de transferência de calor por convecção [W/m².ºC]

h ̅ = coeficiente médio de transferência de calor por convecção [W/m².ºC]

Bi = número de Biot [adimensional]

L = dimensão característica [m]

V = volume [m³]

A = Área [m²]

U = energia interna [W]

t = tempo [s]

T = temperatura [ºC]

Q = densidade do fluxo de calor na superfície do sólido [W/s]

Tf = temperatura do fluido na superfície do sólido [ºC]

Ts = temperatura da superfície do sólido [ºC]

T∞ = temperatura de referência do fluido [ºC]

K = condutividade térmica do sólido [W/m.ºC]

= densidade [kg/m³]

Cp = calor específico [W/kg]

INTRODUÇÃO

Transferência de calor por condução

A transferência de calor pela convecção compreende dois mecanismos. Além da transferência de energia provocada pelo movimento molecular aleatório, ou seja, difusão, a energia também se transfere pelo movimento de massa, ou macroscópico, do fluido. Movimento esse associado a um grande número de moléculas que estão se movendo coletivamente. Esse movimento, na presença de um gradiente de temperatura, provoca a transferência de calor (INCROPERA, 1992).

A transferência convectiva também pode ser classificada de acordo com a natureza do escoamento. Quando o escoamento for provocado por meios externos, como por exemplo, um ventilador ou uma bomba, ou por ventos da atmosfera, é dita convecção forçada. Já quando o escoamento é provocado pelas forças de empuxo que se originam das diferenças de densidade devidas ás variações de temperatura do fluido, a convecção é classificada como livre ou natural. (INCROPERA, 1992).

Termopares

Os termopares são dispositivos elétricos utilizados na medição de temperatura. Foram descobertos por acaso em 1822, quando o físico Thomas Seebeck juntou dois metais que geraram uma tensão elétrica em função da temperatura.

Dois fios condutores de eletricidade, por exemplo, o cobre e uma liga de cobre/níquel chamada constantan, quando unidos em uma de suas extremidades, geram uma tensão elétrica, que pode ser medida na outra extremidade, se existir diferença de temperatura entre elas. Como a diferença de potencial é proporcional à diferença de temperatura entre suas junções, este princípio, denominado efeito Seebeck em homenagem ao cientista que o descreveu, é amplamente utilizado para medir temperatura na indústria, em muitos tipos de máquinas e equipamentos.

Nos dias de hoje, são praticadas normas de combinações de dois metais, que possuem tensões de saídas previsíveis e suportam altas temperaturas. Os termopares não são caros em relação a função que exercem em medir uma vasta gama de temperaturas, e podem ser substituídos sem gerar erros relevantes.

Os termopares são os sensores de temperatura preferidos nas aplicações industriais, seja pela sua robustez, seja pela simplicidade de operação. Entretanto, para que as medições de temperatura com termopar sejam significativas e confiáveis, é fundamental conhecer não somente os princípios básicos de operação, como também as condições que o usuário deve proporcionar para que esses princípios sejam válidos.

A maior limitação de um termopar é a exatidão, uma vez que erros inferiores a 1°C são difíceis de obter.

Abaixo, seguem alguns tipos de termopares:

Termopar tipo S

Formado por fios de Platina com 10% de Ródio, como termoelemento positivo, e Platina pura, como termoelemento negativo. É adequado para medição contínua desde 0 ºC até 1480 °C, e até 1760 ºC por curtos períodos. É recomendado para uso contínuo em atmosferas oxidantes ou inertes.

Não deve ser usado em atmosferas redutoras nem naquelas que contenham vapores metálicos ou não metálicos. Nunca deve ser inserido diretamente num tubo de proteção primário metálico. Requer a utilização de isoladores e tubos de proteção cerâmicos de alta alumina.

As principais vantagens deste tipo são: alta exatidão, excelentes reprodutibilidade, estabilidade e desempenho em média altas temperaturas ao ar. Possui reduzida sensibilidade, por volta de 10 µV/ºC,