UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

“JÚLIO DE MESQUITA FILHO”

FEIS - FACULDADE DE ENGENHARIA – CAMPUS DE ILHA SOLTEIRADEM - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

Laboratório de Transferência de Calor de Massa I

Experimento 3:

Transferência de Calor em Aletas

Docente: Prof. Marcio Evaristo da Silva

Discente: Lucas Martins R.A: 121051889

Ilha Solteira, 12 de fevereiro de 2016.

Objetivo

O intuito deste experimento é o estudo do fenômeno de dissipação do calor em superfícies estendidas, através da determinação dos perfis de temperatura das mesmas e a analisar a influência das características do material na troca de calor resultante, comparando os resultados com o modelo teórico.

Materiais utilizados

- Recipiente Térmico;- 4 Barras cilíndricas;- Aparelho de aquecimento e posicionamento das barras;- Termômetro;- Termopar tipo T;- Multímetro;- Gelo fundente.

Procedimentos e Resultados

Abaixo, vimos através da figura 1 como deve ser montado o experimento.

Figura 1: Esquema representativo das vistas frontais e superior respectivamente.

Montado todo o aparato, foi ligada então a resistência elétrica do banho, e assim esperado até que o mesmo atingisse uma temperatura constante. É medida a temperatura de referência, a temperatura da base e a temperatura ambiente, sendo respectivamente T = Tref = 0ºC, Teb = 97ºC e T͚=25 ºC. Em seguida foram medidas temperaturas pontuais nas quatro barras, seguindo o padrão mostrado na Tabela 2.

As propriedades e dimensões das matérias medidas estão na tabela 1.

Tabela 1 - Dimensões, propriedade e material.Barra Condutividade Térmica K (W/mK) Dimensões Material

L (mm) (in)1 237 500 5/8 Alumínio2 237 1000 5/8 Alumínio3 237 1000 1 Alumínio4 15,1 1000 1 Aço Inoxidável

Coleta de dados:

Tabela 2 – Intervalos de medições nas quatro barras.Barra X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10

1 0 35 85 135 210 385 489 ---- ---- ----2 0 35 85 135 210 410 545 695 845 9893 0 35 85 135 210 410 545 695 845 9894 0 35 85 135 210 410 545 695 845 989

Os valores medidos através do multímetro são apresentados na Tabela 3:

Tabela 4 - Medidas Experimentais – média(mV)Barra X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10

1 3,01

2,65

2,37

2,01

1,76

1,55

1,40

- - -

2 3,15

2,77

2,42

2,03

1,75

1,45

1,24

1,10

1,03

1,01

3 3,38

3,05

2,70

2,32

2,05

1,74

1,49

1,31

1,21

1,17

4 2,92

2,19

1,68

1,33

1,14

1,01

0,96

0,94

0,93

0,93

Uso dos dados para obtenção de h e dos gráficos T(ºC) em função de x:

Por meio da equação de calibração (1), foi o valor convertido em ºC.

T(ºC) = 2,65562 + 22,84093.U (mV) [1]

A partir dos valores obtidos por meio da equação montou-se a tabela 4.

Tabela 4 - Medidas Experimentais – média(C)Barra X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 T(C)

1 71,16 63,03 56,71 48,57 42,93 38,18 34,79 - - - 23,782 74,33 65,71 57,72 49,06 42,74 36,00 31,14 27,94 26,36 25,87 Teb(C)3 79,60 72,11 64,24 55,54 49,55 42,44 36,83 32,84 30,47 29,49 99,434 69,02 52,72 41,01 33,10 28,81 25,95 24,89 24,44 24,10 24,14

Da tabela 4, foram escolhidos 4 pontos das barras para se calcular a temperatura de película, são eles: ponto 1, 3 e 7 da barra 1 e 1,5,10 das demais.

A partir desses pontos, podemos calcular a temperara de película para encontrar as propriedades termodinâmicas que serão úteis para o cálculo do coeficiente de transferência de calor convectivo na superfície de cada barra. Conforme as tabelas abaixo:

Tabela 5 - Valores calculados para os coeficientes - ponto 1.Ponto 1

Barra

Tp (°C) Pr ν (m^2/s) α (m^2/s) Kc (W/mk) β

1 71,16 0,70024 2,03E-05 2,89E-05 0,0296 0,014052 74,33 0,69992 2,06E-05 2,95E-05 0,0298 0,013453 79,60 0,69940 2,13E-05 3,04E-05 0,0302 0,012564 69,02 0,70047 2,00E-05 2,86E-05 0,0294 0,01449

Tabela 6 - Valores calculados para os coeficientes - ponto 3/ 5.Ponto 5

Barra

Tp(K) Pr ν (m^2/s) α (m^2/s) Kc (W/mk) β

1 56,71 0,70265 1,87E-05 2,66E-05 0,0285 0,017632 42,74 0,70450 1,73E-05 2,46E-05 0,0275 0,023403 49,55 0,70357 1,80E-05 2,56E-05 0,0280 0,020184 28,81 0,70652 1,61E-05 2,27E-05 0,0264 0,03471

Tabela 7 - Valores calculados para os coeficientes - ponto 7/10.Ponto 10

Barra

Tp (°C) Pr ν (m^2/s) α (m^2/s) Kc (W/mk) β

1 34,79 0,70491 1,66E-05 2,35E-05 0,0269 0,028742 25,87 0,70639 1,58E-05 2,24E-05 0,0262 0,038653 29,49 0,70577 1,61E-05 2,28E-05 0,0265 0,033914 24,14 0,70674 1,56E-05 2,21E-05 0,0261 0,04143

Após calcular os coeficientes das tabelas 5, 6 e 7, podemos calcular os coeficientes médios de transferência de calor convectiva para cada ponto escolhido.

Tabela 8 - Valores calculados para os coeficientes - ponto 1.Barra RaD (w/m2k)

1 42966,04852 6,2466 11,642 42437,19704 6,2267 11,693 169358,3947 8,9217 10,614 177183,6856 9,0315 10,46

Tabela 9 - Valores calculados para os coeficientes hS 2- ponto 5.Barra RaD (w/m2k)

1 32064,60918 5,8052 10,432 50771,25398 6,5220 11,293 211939,7491 9,4802 10,444 116168,3171 8,0846 8,42

Tabela 10 - Valores calculados para os coeficienteshS 3 - ponto 7.Barra RaD NuD (w/m2k)

1 26404,3 5,8117 9,842 26458,7 5,8160 9,613 192876,6 9,7499 10,174 8834,1 4,4478 4,57

Enfim agora podemos obter h para cada aleta pela fórmula (2), e também os gráficos para cada barra mostrando o comportamento de temperatura de cada uma, respectivamente.

hi=h1+h2+h3

3 (2)

Tabela 11 - Valores calculados de h para cada barra.Barras h (w/m2k)

1 10,552 10,763 10,5384 8,002

Gráfico 1 – Curva experimental, com convecção na extremidade e extremidade adiabática para barra 1.

0 100 200 300 400 500 6000

20

40

60

80

100

120

Experimental

Convecção na extremidade

Extremidade adiabática

Distância (mm)

Tem

pera

tura

°C

Gráfico 2 – Curva experimental, com convecção na extremidade e extremidade adiabática para barra 2.

0 200 400 600 800 1000 12000

20

40

60

80

100

120

Experimental

Convecção na ex-tremidade

Extremidade adiabática

Distância (mm)

Tem

pera

tura

°C

Gráfico 3 – Curva experimental, com convecção na extremidade e extremidade adiabática para barra 3.

0 200 400 600 800 1000 12000

20

40

60

80

100

120

Experimental

Convecção na ex-tremidade

Extremidade adiabática

Distância (mm)

Tem

pera

tura

°C

Gráfico 4 – Curva experimental, com convecção na extremidade e extremidade adiabática para barra 4.

0 200 400 600 800 1000 12000

20

40

60

80

100

120

Experimental

Convecção na ex-tremidade

Extremidade adi-abática

Distância (mm)

Tem

pera

tura

°C

Conclusão

Neste experimento de transferência de calor em aletas foi possível ver de forma comprovada que a barra 1 (alumínio de diâmetro 5/8) possui o maior coeficiente de transferência convectiva de calor do que as outras barras (h1>¿ h2>¿ h3>¿ h4) e que a barra menos eficiente nessa troca de calor é a de aço inoxidável. Foi possível observar também a diferença gráfica entre os dados experimentais com uma superfície isolada (adiabática) e com convecção na extremidade somente. Assim, observou-se uma diferença mínima entre as curvas, principalmente entre as teóricas. E também se notou que quanto mais longe na barra, mais próxima à curva experimental se aproximou das curvas teóricas.