Propriedades térmica Bronze-alumínio

...

[pic 3] [pic 4]

Figura 2 - Maçarico WPT-4000 Figura 3 - Termômetro a lazer MINIPA

O sistema usado para obtenção dos resultados, discutidos posteriormente, está esquematizado na Figura 4:

[pic 5]

Figura 4 - Experimento em andamento

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Medidas Experimentais

Foram-se estimadas (a critério do professor) medidas (Tabela 1) da barra bronze-alumínio a partir de um lado de sua superfície axial () tomado como referência:[pic 6]

Medida

(mm)

[pic 7]

0

[pic 8]

7,0

[pic 9]

14,4

[pic 10]

23,2

[pic 11]

31,1

Tabela 1 – Medidas da onde foram medidas as temperaturas

Essas medidas referem-se aos pontos os quais foram direcionadas o termômetro a lazer. A partir disso, a tabela abaixo, evidencia as medições de temperatura em 2 instantes diferentes de tempo (Temperatura 1 e Temperatura 2, na tabela) e com relação as distâncias já apresentadas, por exemplo: está referente a , a , e assim por diante. Sendo a temperatura de abate do butano:[pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

Medida

Temperatura 1 (ºC)

Temperatura 2 (ºC)

[pic 17]

1970

1970

[pic 18]

56

62

[pic 19]

38

52

[pic 20]

36

44

[pic 21]

34

38

Tabela 2 – Representação da variação da temperatura em 2 intervalos de tempo

No Gráfico 1, tem-se a primeira análise da temperatura durante a exposição contínua de 1 minuto ao maçarico, considerando que a temperatura da peça inicialmente era igual a temperatura de abate do butano:

[pic 22]

Gráfico 1 - Primeira análise da Temperatura x Distância

Note que a temperatura vai diminuindo conforme vai distanciando-se da extremidade de referência (, sendo descrita por uma equação de primeiro grau decrescente, como era de se esperar.[pic 23]

Analogamente ocorre ao Gráfico 2, contudo, devido a um tempo de exposição maior, nota-se uma maior temperatura em todos os pontos, não sendo relevante na plotagem do gráfico:

[pic 24]

Gráfico 2 - Segunda análise da Temperatura x Distância

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RESULTADOS E DISCUSSÕES

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Coeficiente de condutividade térmica

A liga de bronze-alumínio possui uma matriz metálica predominantemente de cobre, a qual varia-se a concentração de alumínio adicionado, e com isso, seu coeficiente de condutividade térmico (k). Nesse relatório utilizaremos a liga SAE-68B (86 a 90% de Cu, 9 a 11% de Al e 0,8 a 1,5% de Fe), com as seguintes propriedades físicas a 20ºC [3, 5]:

Condutividade térmica:

63 W/cm.K

Condutividade elétrica:

14%IAC. S

Coef. Médio de Exp. Térmica:

1,61 10/ºC

Densidade:

7,53 g/cm³

Portanto, .[pic 25]

-

Cálculo do fluxo de calor pela lei de Fourier

Levando-se em conta fatos históricos, o primeiro físico a estudar métodos detalhados sobre a transmissão de calor foi Joseph Fourier [4], o qual descreveu a lei da condução térmica, também conhecida como Lei de Fourier, expressa pela equação diferencial abaixo:

[pic 26]

Considerando a primeira com a última parte da igualdade, temos: “” representando o fluxo de calor expresso em Watts (W), “k” é a condutividade térmica do material, e é a variação de temperatura com “” e “” são as temperaturas da primeira e segunda medição, respectivamente, “A” é a área da seção e “L” seu comprimento. Sendo possível essa igualdade devido a tratar-se de um fluxo de calor linear.[pic 27][pic 28][pic 29][pic 30]

[pic 31]

Logo, para o cálculo do fluxo de calor, em relação à primeira medida, consideraremos:

- k = 63 W/cm.K

- d = 24,9 mm r = 1,245cm[pic 32]

- = 56 ºC[pic 33]

- = 62 ºC[pic 34]

- = 4,87cm²[pic 35]

- L = 3,11 cm

OBS: [pic 36]

Substituindo na fórmula:

[pic 37]

Em relação à segunda medida, temos:

- k = 63 W/cm.K

- = 38 ºC[pic 38]

- = 52 ºC[pic