Download - 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
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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
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Introdução
Fonte: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/Image119.jpg
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Introdução
• Condução: sólidos > líquidos > gases
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Experimento
Banho
Termostático
Medidor de
Temperatura
Bomba de
Vácuo
Tubo para
isolamento
Termopares
Medidor de
Pressão (-0,8 bar)
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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.
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Experimento
Aço Carbono 1020
Pastilha para Análise
Pastilhas de latão
com furo para
encaixe do termoparEsquema de montagem das pastilhas no
meio composto
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Experimento
• Pressão Negativa -0,8 bar (vácuo);
• Não há convecção;
• Não há radiação;
• Só existe mecanismo de transferência de calor por CONDUÇÃO.
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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
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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 −=
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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
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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:
�� � ��
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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.
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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
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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
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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
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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
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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)
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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.
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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;
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Sugestões
• Cuidar para não haver deslocamento daspastilhas;
• Isolar com veda rosca o tubo de vedação.
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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.