TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONDUÇÃO E CONVECÇÃO

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Equações das camadas-limite e suas condições de contorno na direção y na forma adimensional

Tabela 2: Dados experimentais de temperatura em função da posição X na barra

Tabela 3: Temperaturas adimensionalizadas

Tabela 4: Valores de R2 para o ajuste ao modelo sugerido

Tabela 5: Valores do parâmetro m

Tabela 6: Condutividades térmicas dos materiais que constituem as barras

Tabela 7: Coeficientes convectivos verificados experimentalmente

Tabela 8: Propriedades físicas para o ar na temperatura de 60°C

Tabela 9: Propriedades físicas para o ar na temperatura de 91°C

Tabela 10: Valores dos números adimensionais e do coeficiente convectivo para T0=60°C

Tabela 11: Valores dos números adimensionais e do coeficiente convectivo para T0=60°C

Tabela 12: Erros Relativos

NOMENCLATURA

T = Temperatura

Tp = Temperatura de película

T∞ = Temperatura do fluido

Tamb = Temperatura ambiente

Tad = Temperatura adimensional

Ts = Temperatura média da superfície da barra

Tm = Temperatura média

x = Posição na barra, m

h = Coeficiente de transferência de calor por convecção, W m-2 ºC-1

hexp = Coeficiente de transferência de calor por convecção experimental, W m-2ºC-1

hteo = Coeficiente de transferência de calor por convecção teórico, W m-2ºC-1

q’’ = Fluxo de calor, W m-2

q = Taxa de transferência de calor, W

k = Condutividade térmica, W m-1 ºC-1

kar = Condutividade térmica do ar, W m-1 ºC-1

g = Aceleração da gravidade, m s-2

A = Área da seção através da qual o calor flui, m²

V = Velocidade, m s-1

ρ = Massa específica, kg m-3

µ = Viscosidade dinâmica, N s m-2

µar = Viscosidade dinâmica do ar, N s m-2

L = Comprimento da barra, m

α = Difusividade térmica, m² s-1

αar = Difusidade térmica do ar, m² s-1

Cp = Calor específico, J kg-1 ºC-1

Cpar = Calor específico do ar, J kg-1 ºC-1

P = Perímetro da seção transversal das barras, m

D = Diâmetro, m

ν = Viscosidade cinemática, m² s-1

νar = Viscosidade cinemática do ar, m² s-1

β = Coeficiente de expansão térmica, ºC-1

m = Parâmetro

Nu = Número de Nusselt

Pr = Número de Prandtl

Ra = Número de Rayleigh

Gr = Número de Grashof

INTRODUÇÃO

O processo de troca de calor entre dois fluidos que estão a diferentes temperaturas e se encontram separados por uma parede sólida ocorre em muitas aplicações de engenharia, está envolvida em operações de secagem, destilação, evaporação, aquecimento, resfriamento, trocadores de calor, caldeiras entre outras.

O equipamento utilizado para implementar essa troca é conhecido por trocador de calor, e suas aplicações são encontradas no aquecimento de ambientes e no condicionamento de ar, na produção de potência, na recuperação de calor em processos e no processamento químico.

Essa transferência de calor pode ocorrer por condução, convecção ou radiação.

A condução é o transporte de energia em um meio devido a um gradiente de temperatura e o mecanismo físico é a atividade atômica ou molecular aleatória, ocorre em sólidos ou em fluidos estagnados, geralmente em um mesmo corpo. Esse tipo de transferência ocorre com maior ou menor facilidade dependendo da constituição atômica do material, classificado como condutor ou isolante de calor. Nas substâncias condutoras a transferência acontece mais rápido, como nos metais. Já nas substâncias isolantes, como na borracha e na lã, esse processo é muito lento. A transferência de calor por condução é governada pela lei de Fourier e é necessário, para determinar o fluxo térmico, o conhecimento da forma na qual a temperatura varia no meio, ou seja, como a temperatura é distribuída.

Já a convecção é descrita pela transferência de energia entre uma superfície e um fluido em movimento sobre essa superfície, ocorre a transferência de calor envolvendo fluidos em movimento, de um fluido para outro ou de um fluido para um sólido, em geral em decorrência da diferença de densidade entre as partes que formam o sistema. Por exemplo: na geladeira os alimentos são resfriados dessa forma. A convecção inclui transferência de energia pelo movimento global do fluido (advecção) e pelo movimento aleatório das moléculas do fluido (condução ou difusão). Para o cálculo da transferência de calor é necessário o conhecimento do coeficiente de transferência térmica que pode ser estimado pela divisão da condutividade térmica do fluido em convecção por uma escala de comprimento. O coeficiente de transferência térmica é frequentemente calculado a partir do número de Nusselt (número adimensional).

O presente experimento permite analisar como ocorre a transferência de calor em quatro tipos de barras metálicas: duas barras de aço inox, uma barra de cobre e uma de alumínio, sendo uma barra de aço inox com 25mm e as demais com 13mm