Relatorio TCM 2

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JULIO DE MESQUITA FILHO

FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA - FEIS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

Transferência de Calor e Massa II

TEC #4

Convecção natural em um recipiente com água

Aluno: Nícolas Lara

RA: 200820421

Grupo Carlburg

Prof. Dr. Cássio Roberto Macedo Maia

Prof.ª Dr.ª Elaine Maria Cardoso

Ilha Solteira, 10 de maio de 2013.

Convecção natural em um recipiente com água

1- Objetivo

Calcular o calor trocado, o coeficiente global médio, e a taxa média de transferência de calor por convecção natural em um recipiente com água.

2- Introdução Teórica

É chamado de “convecção” o modo de transferência de calor devido ao movimento de um fluido em contato com uma superfície. A taxa de transferência de calor por convecção pode ser calculada pela equação:

(1)

onde U é uma constante chamada “coeficiente global de transferência de calor”, A é a área de troca de calor, é a temperatura da superfície, e é a temperatura do fluido.

Para situações onde a parede da superfície de troca de calor tem uma espessura muito pequena, e uma condutividade térmica muito grande, a resistência térmica da parede pode ser desprezada, e o coeficiente global (U) pode ser aproximado para o valor de h:

(2)

(3)

onde h é o coeficiente de transferência de calor por convecção do escoamento do fluido.

À partir da Primeira Lei da Termodinâmica, sabemos que em um sistema que não realiza trabalho, a variação de sua energia iterna (E) é numericamente igual ao calor transferido:

(4)

onde m é a massa do sistema, cp é o seu calor específico e é a variação da temperatura do sistema em função do calor transferido. Portanto, a equação (4) pode ser usada para calcular o calor recebido por um corpo sujeito a transferência de calor por convecção.

Derivando a equação (4) em relação ao tempo, podemos calcular a taxa de transferência de calor sobre o sistema:

(5)

3- Materiais e métodos

3.1- Materiais utilizados

Para essa experiência, foram utilizados os seguintes materiais:

• Termopar digital

• Lata metálica de achocolatado

• Água

• Cronômetro

• Placas de isopor

3.2- Metodologia

A montagem experimental é a seguinte:

Figura 1 – Montagem experimental.

As dimensões do recipiente constam na Tabela 1, e considerando a densidade da água como 1000 Kg/m³, a massa de água também é calculada.

Tabela 1 – Propriedades do recipiente com água.

Altura da água (L) 5,0 cm

Diâmetro (D) 10,0 cm

Volume de água 0,4 litros

Massa de água (m) 0,4 Kg

Área de TC (A) 0,016 m²

Espessura da lata 1 mm

Material da lata Alumínio

A lata metálica cilíndrica é cheia com água à 55ºC, e exposta ao ar sob temperatura ambiente. A água irá resfriar sob convecção natural, ou seja, com o movimento natural do ar circundante.

Com o termopar posicionado no centro do recipiente, medimos a temperatura da água, e cronometramos o tempo para que a sua temperatura atinja valores pré-determinados. Este processo é repetido quatro vezes, e então os valores médios e o desvio padrão de cada tempo é calculado, para termos alguma noção das incertezas dos valores medidos. Antes de cada repetição, medimos a temperatura ambiente, pois essa tende a variar um pouco conforme o tempo passa.