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CONDUÇÃO DE CALOR AXIAL E RADIAL

Por:   •  19/1/2018  •  1.836 Palavras (8 Páginas)  •  566 Visualizações

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...

Assim, igualando as equações (1) e (2), temos que a resistência condutiva para uma parede plana é

[pic 14]

[pic 15]

(3)[pic 16]

Em sistemas radiais, a condução de calor ocorre de forma unidimensional, no sentido do raio r e a equação do calor assume a forma abaixo

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

[pic 20]

[pic 21]

(4)[pic 22]

Igualando as equações (1) e (4), temos, assim, para a resistência condutiva em um cilindro

[pic 23]

[pic 24]

(5)[pic 25]

onde

Para sistemas convectivos, também é possível determinar uma resistência ao fluxo de calor. Sabendo que, pela lei do resfriamento de Newton,

(6)[pic 26]

onde é o coeficiente convectivo ou de película, é a área de seção transversal ao fluxo, é a temperatura na superfície e é a temperatura ambiente, e igualando as equações (1) e (6), temos que[pic 27][pic 28][pic 29][pic 30]

[pic 31]

[pic 32]

(7)[pic 33]

Há também uma resistência de contato nos casos em que sistemas compostos não apresentam a mesma temperatura nas interfaces. Este é um efeito que se deve principalmente à rugosidade da superfície. A resistência de contato é dada por

(8)[pic 34]

onde é a área de seção transversal ao fluxo de calor, e são as temperaturas em cada face da conexão e é o fluxo de calor por área. [pic 35][pic 36][pic 37][pic 38]

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Materiais e metódos

Em ambos experimentos, o equipamente utilizado foi o Heat Conduction Apparatus, da marca Armfield. O equipamento é constiruído por um transformador, uma unidade de calibração e uma unidade de ensaio, que consiste de duas geometrias de ensaio: uma barra cilíndrica, utilizada para o primeiro experimento, e um disco, utilizado para o segundo.

O transformador conecta-se à rede elétrica e fornece energia para a unidade de calibração. A unidade de calibração exibe os valores para temperatura e calor, e permite a seleção dos termopares na unidade de ensaio. As unidades de ensaio são contituídas por 9 ou 6 termopares, para o caso axial e radial, respectivamente. Estes componentes podem ser vistos abaixo, nas figuras 1, 2 e 3.

[pic 39]

Figura 1: Unidade de calibração

[pic 40]

Figura 2: Unidade de ensaio - axial

[pic 41]

Figura 3: Unidade de ensaio - radial

Para ambos os experimentos, ajustava-se o botão à esquerda, Thermometer, para selecionar o termopar que teria sua temperatura lida. Aguardou-se até que a temperatura não estivesse mais oscilando para a leitura. O calor foi mantido constante.

O experimento 1 constituia-se por placas de mesmo material, envoltas em um cilindro polimérico, com distância de 10mm entre placas. Este cilindro era aquecido em uma das extremidades e e resfriado em seu comprimento. Este cilindro é composto por três placas de material a ser determinado e possui duas junções entre os blocos, entre as medidas 3 e 4 e 6 e 7. O calor manteve-se em 10,9W. Os dados obtidos são apresentados abaixo, na tabela 1.

Medida

L (m)

T (°C)

1

0

111

2

0.01

110.9

3

0.02

107.9

4

0.03

57.7

5

0.04

57.2

6

0.05

56.2

7

0.06

24.2

8

0.07

24.2

9

0.08

23.6

Tabela 1: Medidas para fluxo de calor axial

Para o segundo experimento, foi utilizado um disco condutor, isolado termicamente no exterior por um polímero. No centro deste disco, continha uma resistência térmica que aquecia o sistema, e na sua circunferência externa era resfriado por um tubo que conduzia água. O calor foi mantido constante em 22,6W. As medidas foram obtidas para raios de 4, 10, 20, 30, 40 e 50 e a temperatuda em 55mm, superfície externa do disco, deve ser determinada. O disco é composto por dois blocos, com interface entre as medidas 3 e 4. Os dados são apresentados na tabela 2 abaixo.

Medida

r (m)

ln r

T (°C)

1

0.004

-5.521461

39

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