CONDUÇÃO DE CALOR AXIAL E RADIAL
Por: LaliRizzi • 23/4/2016 • Trabalho acadêmico • 2.554 Palavras (11 Páginas) • 972 Visualizações
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIA
CONDUÇÃO DE CALOR AXIAL E RADIAL
PORTO ALEGRE
2016
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIA
CONDUÇÃO DE CALOR AXIAL E RADIAL
Relatório elaborado como requisito parcial para aprovação na disciplina de Fenômenos de Transporte II do curso de Engenharia Química oferecida pela PUCRS.
PORTO ALEGRE
2016
Sumário
1. Introdução
2. Revisão bibliográfica
3. Materiais e metódos
4. Resultados e discussões
4.1 Fluxo de calor axial
4.2 Fluxo de calor radial
5. Conclusões
6. Referências bibliográficas
Introdução
Transferência de calor é o transporte de energia que ocorre devido à diferença de temperatura entre os corpos. A transferência de calor sempre se dá do corpo mais energético para o de menor energia, ou seja, do corpo com a temperatura mais elevada para o com a temperatura mais baixa. A transferência de calor pode ocorrer por condução, convecção e radiação.
A condução se dá a nível atômico (INCROPERA, 2007), e pode ser entendida como a tranferência de energia de moléculas mais energéticas para as de menor energia através das interações intramoleculares. A convecção, por sua vez, ocorre quando o fluido está em contato com uma superfície, ambos com diferentes temperaturas. Já a radiação é a energia térmica emitida pela matéria e se deve à mudanças nas configurações eletrônicas que constituem esta mesma matéria.
Este relatório se destina a avaliar as resistências termicas condutivas para cada placa no condutor de calor Heat Conduction Apparatus, da marca Armfield. Para isto, dois experimentos foram realizados no Laboratório de Operações Unitárias (LOPE) da PUCRS. O primeiro contava com uma barra cilíndrica isolada termicamente, sendo aquecido em uma das extremidades e resfriado em outra. Para o segundo, um disco era aquecido no centro e resfriado ao longo de sua circunferência.
Entre os objetivos do primeiro experimento, estão investigar o perfil de temperatura ao longo de um condutor térmico, avaliar suas resistências térmicas, demonstrar o efeito da superfície de contato entre materiais vizinhos e avaliar a condutividade térmica dos materiais. Já o segundo experimento tem como objetivos determinar a temperatura na superfície externa do disco e calcular o calor pela equação teórica e a comparar este com o calor medido experimentalmente.
Revisão bibliográfica
O fluxo de calor de calor em sistemas estacionários e sem geração de energia ocorre de forma constante, ou seja, calor que entra é igual ao calor que sai. Fazendo uma analogia com resistências, vemos a equação do calor abaixo, onde é a resistência total do sistema. [pic 1]
(1)[pic 2]
Em uma parede plana, a condução de calor ocorre de forma unidimensional, no sentido da espessura L, conforme aqui descrito, e a temperatura depende somente de L. Neste caso, temos que
[pic 3]
[pic 4]
[pic 5]
[pic 6]
(2)[pic 7]
na qual é o calor conduzido atráves da parede, é a condutividade térmica, é a área de seção transversal por onde o fluxo ocorre, e são temperaturas e é a espessura da parede. [pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13]
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]
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