condutividade k
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Determinação do Coeficiente Condutivo de Transferência de
Calor (k) em Meio Composto
Alunos: Charles A. Ortúnio
Jonathan Bett
Mayke Cézar Wippel
Disciplina: Laboratório de Eng. Quí. II
Professor: Evandro Balestrini
Objetivo
• Determinar o coeficiente de condutividade térmica(k) do latão, polietileno e alumínio, através de ummetal padrão (aço carbono 1020) com condutividadetérmica conhecida.
Latão
Polietileno
Aço
1020
Alumínio
Introdução
Fonte: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/Image119.jpg
Introdução
• Condução: sólidos > líquidos > gases
Experimento
Banho
Termostático
Medidor de
Temperatura
Bomba de
Vácuo
Tubo para
isolamento
Termopares
Medidor de
Pressão (-0,8 bar)
ExperimentoBanho Termostático (60°C)
Medir as Espessuras das pastilhas
Montar o meio composto
Ligar os termopares (7,4,3)
Tubo de Vedação
Conectar o vácuo (10 minutos)
Ligar a bomba de vácuo ( -0,8 bar)
Realizar 3 medições a cada 5 minutos (7,4,3)
Repetir com as demais pastilhas.
Experimento
Aço Carbono 1020
Pastilha para Análise
Pastilhas de latão
com furo para
encaixe do termoparEsquema de montagem das pastilhas no
meio composto
Experimento
• Pressão Negativa -0,8 bar (vácuo);
• Não há convecção;
• Não há radiação;
• Só existe mecanismo de transferência de calor por CONDUÇÃO.
Experimento
• Lei de Fourier (E.E e fluxo unidirecional):
dy
dTkAq −=
dy
dTk
A
q −=
dy
dTk
A
qaçoa−=
Taxa de transferência
de calor
Fluxo de
transferência de calor
Fluxo de calor para o
aço 1020
ka = condutividade
térmica do aço 1020
Experimento
• Com na base na Figura abaixo, pode-se aplicar ascondições de contorno e integrar a equação:
• Integrando em y:
∫∫ −=2
1
1
0
T
T
y
aa dTkdy
A
q
• Com T1 > T2:
)(1
21
y
TTk
A
qa
a −=
Experimento
• Para um material desconhecido:
dy
dTkd
A
qd −=
• Integrando em y e T2 > T3:
∫∫ −=3
2
1
2
T
T
y
y d dTkdyA
qd
Experimento
• Com a integração, obtém-se:
)(12
32
yy
TTkd
A
qd
−−=
• Áreas constantes e que em paredes planas a T.Cnas diversas sessões é sempre a mesma:
�� � ��
Cálculos
• Com a igualdade, podemos isolar o kd e determinaro coeficiente de condutividade térmica dos outrosmateriais:
��� � ���� � � �� � ��
��� � �
kd = condutividade do material em análise;kaço = condutividade térmica do aço carbono 1020;T1 = temperatura superior;T2 = temperatura intermediária;T3 = temperatura inferior;y1 = espessura da pastilha de aço carbono 1020;y2 = somatório da espessura do aço e da espessura da pastilha em análise.
ResultadosMaterial Espessura (m) Experimento T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C)
Aço 1020 0,01
1Padrão2
3- k aço 50 W/mºC
Aluminio 0,01
1 50 43 322 50 43 333 50 43 33
Média 50 43 33
Latão 0,01
1 47 41 382 47 41 383 47 41 38
Média 47 41 38
Polietileno 0,012
1 53 54 272 54 54 273 53 54 27
Média 53 54 27
Resultados: Alumínio
y1 (m) y2 (m) T1(ºC) T2 (ºC) T3 (ºC)
0,01 0,02 50 43 33
• Com kaço = 50 W/mºC
��� � ���� � � �� � ��
��� � �
• Com kd = 35 W/mºC
Resultados: Latão
y1 (m) y2 (m) T1(ºC) T2 (ºC) T3 (ºC)
0,01 0,02 47 41 38
• Com kaço = 50 W/mºC
��� � ���� � � �� � ��
��� � �
• Com kd = 100 W/mºC
Resultados: Polietileno
y1 (m) y2 (m) T1(ºC) T2 (ºC) T3 (ºC)
0,012 0,022 54 52 33
• Com kaço = 50 W/mºC
��� � ���� � � �� � ��
��� � �
• Com kd = 6,31 W/mºC
Resultados
Material kteorico W/mºC kexp W/mºC Erro (%)
Alumínio 204 35 82,84
Latão 111 100 9,91
Polietileno 0,35 6,31 1704,51
� % ����� � �����
���ó����100Cálculo do Erro
Percentual
Valores teóricos: aço carbono 1020 (GODOY) para os demais ( BEJAN, 1993)
Conclusão
Por se tratar de transferência de calor porcondução, a propriedade de transporte “k” foideterminada pela Lei de Fourier. Os valoresencontrados experimentalmente para o alumínio epolietileno pouco se assemelham com os citados naliteratura, gerando um grande erro. Já para o latão ovalor da condutividade térmica ficou próximo doencontrado na literatura, com um erro percentual de9,91 %.
Com os resultados obtidos, o latão e oalumínio são bons condutores térmicos, enquanto queo polietileno não é um bom condutor térmico.
Fontes de Erro
• Vazamento apresentado no tubo que isolava osistema;
• Variação de temperatura no termostato;
• A estabilidade do sistema. A colocação do tubomovimenta as pastilhas;
• Posição do termopar na extremidade das lâminas enão no centro;
Sugestões
• Cuidar para não haver deslocamento daspastilhas;
• Isolar com veda rosca o tubo de vedação.
Referências
INCROPERA, Frank P. Fundamentos de transferência de calor e
de massa.6. ed. Rio de Janeiro : LTC, 2008. XIX, 643 p, il.
OZISIK, M. Necati. Transferência de calor: um texto básico. Riode Janeiro : Guanabara-Koogan, 1990. 661p.
BEJAN, Adrian. Heat transfer. New York : Wiley, 1993. xxi, 674p,il.
KREITH, Frank. Princípios de transmissão de calor. Sao Paulo : E.Blucher, 1977. 550p, il. Traducao de : Principles of heat transfer.
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