A CONDUTIVIDADE TÉRMICA

FAACZ – FACULDADES INTEGRADAS DE ARACRUZ

ENGENHARIA MECÂNICA

Carlos Henrique Doliveira Negri

Leonardo Carrara Carlesso

Paulo Henrique Rui Delunardo

Rodrigo Alves Magalhães

RELATÓRIO DE ATIVIDADES PRÁTICAS:

CONDUTIVIDADE TÉRMICA

Aracruz

2019

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Carlos Henrique Doliveira Negri

Leonardo Carrara Carlesso

Paulo Henrique Rui Delunardo

Rodrigo Alves Magalhães

RELATÓRIO DE ATIVIDADES PRÁTICAS:

CONDUTIVIDADE TÉRMICA

Trabalho apresentado como requisito parcial para aprovação na disciplina Transferência de calor das FAACZ - Faculdades Integradas de Aracruz.

Prof. Eng. Uara Sarmenghi Cabral

Aracruz

2019

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO        4

2 OBJETIVOS        5

3 PROCEDIMENTO EM LABORATÓRIO        5

3.1 MATERIAIS        5

3.2 METODOLOGIA        5

4 DADOS EXPERIMENTAIS:        6

5 DISCUSSÃO DOS DADOS:        8

6 CONCLUSÕES        9

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS        10

1 INTRODUÇÃO

Conforme Carvalho (2002) o calor é uma forma de energia em movimento que ocorre, de maneira instintiva, do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura, torna-se inevitável dialogar sobre transferência de energia em forma de calor e não visualizar conceitos das atividades atômicas e moleculares, devido serem as principais referências deste processo. Entre os tipos de transferência, a condução apresenta-se como a movimentação de energia das partículas mais energéticas para as menos energéticas de uma substância devido às interações entre partículas. Dentre as várias propriedades usadas para caracterizar materiais, destaca-se a condutividade térmica.

A condutividade térmica é uma importante propriedade de transporte que indica a taxa pela qual a energia é transferida pelo processo de difusão (INCROPERA at AL, 2008). Ela quantifica, portanto, a habilidade dos materiais de conduzirem calor. Esta propriedade termo física tem característica específica para cada material, e depende fortemente tanto da pureza como da temperatura na qual o material se encontra além do seu estado físico, (Çengel, 2002).  

Os métodos de medição das propriedades termo físicas entre elas a condutividade térmica de materiais novos ou antigos estão em constante desenvolvimento e os processos que envolvem transferência de calor são continuamente estudados e a cada ano surgem novas propostas de medição e controle das variáveis térmicas.  

A lei de Fourier é a base matemática na descrição da condução térmica de calor (OZISIK, 1980). Ela é baseada em evidências experimentais e para a condução térmica unidimensional segue a seguinte formulação matemática da equação:

                                                                                      (1.0)[pic 2]

Onde:

𝑞̇ = a taxa de calor [W]

K= Condutividade térmica [pic 3]

A= Área da seção normal ao fluxo [m²] 

 = Gradiente térmico [pic 4][pic 5]

Este trabalho tem como proposta principal apresentar os resultados de condutividade térmica de três amostras metálicas obtida utilizando um método de imersão em banho quente com medições instantâneas ao longo da barra utilizando um pirômetro.

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2 OBJETIVOS

O procedimento experimental tem como objetivo determinar os perfis de temperatura em regime permanente de três barras metálicas de materiais e dimensões diferentes e, por fim, estudar a condutividade térmica destes materiais. Considerando:

• Analisar temperatura em pontos pré-definidos ao longo do experimento;

• Comparar os valores obtidos com dados teóricos de condutividade.

3 PROCEDIMENTO EM LABORATÓRIO

Para obtenção dos objetivos acima citados fez-se necessário utilizar determinados materiais e métodos para desenvolver todo processo de análise que será descrito a seguir.

3.1 MATERIAIS

• Três barras metálicas (Aço carbono, alumínio e cobre);
• Uma fonte térmica;
• Suportes com pinça, para fixação das barras com a devida isolação das áreas de contato;
• Um termômetro infravermelho (Pirômetro);
• Multímetros;
• Paquímetros;
• Réguas milimetradas.

3.2 METODOLOGIA

Na realização do estudo em questão foram utilizadas 3 barras metálicas de diferentes dimensões e materiais (aço carbono, alumínio e cobre) apresentando assim, uma desigualdade nas características relacionadas a condutividade térmica entre outras propriedades físicas. O procedimento foi executado conforme as seguintes etapas:

1. Foram obtidas as dimensões das três barras com auxílio de uma régua graduada e um paquímetro, bem como também distância entre os pontos para medidas de temperatura ao longo de cada barra tomando como referência a extremidade que estava em contato com a água aquecida;
2. Foi mantida uma das extremidades imersa no banho termostático aquecido, com temperatura constante, que estava atuando como uma fonte de calor;
3. Com o auxílio de um termopar, em função do tempo foram obtidas as temperaturas da água próximo a extremidade de cada uma das barras e também a de cada um dos pontos estabelecidos para a determinação de temperatura ao longo das três barras.
4. De acordo com o passar do tempo o sistema alcançou a condição de equilíbrio (regime de estado estacionário), e com isso foram constadas a temperatura de equilíbrio em cada um dos pontos determinados anteriormente;
5. Foram anotados os valores da temperatura ambiente durante o experimento, para efeitos de cálculo utilizar um valor médio da temperatura;
6. Após todo o processo citado anteriormente fez-se necessário a construção de um gráfico com os dados experimentais da temperatura da barra em função da posição para cada uma das barras em virtude de uma melhor análise do método utilizado para avaliação do comportamento referente a condutividade e resistência térmica de cada material;
7. Por fim, foram levantados valores teóricos de condutividade para os materiais estudados, no intuito de comparar se os resultados obtidos no laboratório são coerentes com os valores da literatura.  

4 DADOS EXPERIMENTAIS:

No intuito de auxiliar nas análises objetivadas pelo estudo, foram construídas tabelas e gráficos com os dados obtidos durante o experimento.

Tabela 01 -  Dados de aço carbono

PONTOS	COMPRIMENTO (mm)	TEMPERATURA (ºC)
P0	0	71
P1	55	52
P2	172	38
P3 P4	300 422	33 33

Fonte: Próprio Autor

Gráfico 01 - Função temperatura x posição para o aço-carbono:

[pic 6]

Fonte: Próprio Autor

Tabela 02 -  Dados de alumínio

PONTOS	COMPRIMENTO (mm)	TEMPERATURA (ºC)
P0	0	71
P1	45	57
P2	170	38
P3 P4	340 410	33 33

Fonte: Próprio Autor

Gráfico 02 - Função temperatura x posição para o alumínio: