ATPS

Etapa 2
Transferência de Calor: experimentos dos mecanismos

2.1 - CONDUÇÃO UNIDIMENSIONAL EM REGIME ESTACIONÁRIO
SISTEMAS RADIAIS

Com frequência, em sistemas cilíndricos e esféricos há gradientes de temperatura?
Somente na direção radial, o que permite analisá-los como sistemas unidimensionais. Um exemplo comum é o cilindro oco, cujas superfícies interna e externa estão expostas a fluidos que se encontram a diferentes temperaturas.

Para condições de estado estacionário sem geração interna de calor, a equação da difusão do calor fica:

Pela lei de Fourier, a taxa de energia conduzida através de qualquer superfície cilíndrica no sólido é dada por:

Podemos determinar a distribuição de temperatura no cilindro resolvendo a equação da difusão do calor e utilizando as condições de contorno apropriadas.
Supondo constante o valor de k e integrando-se (I) duas vezes teremos: Para determinar as constantes de integração, introduzimos as seguintes condições de contorno:

Substituindo estas condições na solução geral (III), obtemos: Resolvendo para C1 e C2 e substituindo na solução geral (III), chegamos à seguinte distribuição de temperatura:

Note que a distribuição de temperatura associada à condução radial de calor através de uma parede cilíndrica é logarítmica e não linear como na parede plana nas mesmas condições. Se a distribuição de temperatura (IV) for agora utilizada com a lei de Fourier (II), obtemos a seguinte expressão para a taxa de transferência de calor: Deste resultado fica evidente que, para condução radial em uma parede cilíndrica, a resistência térmica tem a forma:

2.1.2 - EXPERIMENTO 1: CONDUÇÃO
Para verificar o processo de transferência de calor por condução são necessários os seguintes materiais: barra metálica, lamparina ou similar, pano grosso ou alicate, vela e percevejos ou alfinetes. Todavia, o manuseio é melhor quando se usa os alfinetes. Já os metais que são fáceis de encontrar