Trabalho de transferencia

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
IPUC-INSTITUTO POLITÉCNICO DA UNIVERSIDADE CATÓLICA
Departamento de Engenharia Mecânica
Disciplina: Laboratório de Transferência de Calor

RELATÓRIO DO LABORATÓRIO DE TRANFERÊNCIA DE CALOR

PRÁTICA: ISOLAMENTO TÉRMICO


GRUPO 03
1. Conceituação Teórica

Condução Radial e Estacionária em Cilindro, sem Geração de Energia TérmicaSistemas cilíndricos e esféricos muitas vezes apresentam o gradiente de temperatura apenas na direção radial e podem portanto ser tratados como unidimensionais. Além disto, em condições de regime estacionário sem a geração interna de calor, tais sistemas podem ser analisados pela utilização do método padrão, que começa com a forma apropriada da equação de calor, ou o método alternativo, que começacom a forma apropriada da lei de Fourier.
Em um cilindro oco, cujas superfícies interna e externa encontram-se expostas a fluidos em diferentes temperaturas. Para condições de regime estacionário sem geração interna de calor, a forma apropriada da equação de calor é
1rddrkrdTdr=0
em que, no momento, k é tratado como uma variável. O significado físico desse resultado se torna evidente se tambémpudermos considerar a forma apropriada da Lei de Fourier. A taxa na qual a energia é conduzida através de uma superfície cilíndrica qualquer no sólido pode ser expressa como
qr=-kAdTdr
em que A=2πrL é a área da transferência de calor. Uma vez que o gradiente
-kAdTdr
é independente de r, segue que a taxa de transferência de calor por condução qr é uma constante na direção normal.
Paradeterminar a distribuição de temperatura no cilindro resolvendo a equação
1rddrkrdTdr=0
e aplicando as condições limites apropriadas
Tr=Ts,1-Ts,2lnrr2lnrr2+Ts,2
A distribuição da temperatura associada à condução radial através de uma parede cilíndrica é logarítmica e não linear.
Se a distribuição de temperatura for utilizada com a Lei de Fourier, obtemos a seguinte expressão para a taxa detransferência de calor
qr=2πLkTs,1-Ts,2lnr2r1
Resistência Térmica

É o inverso da quantidade de calor por unidade de tempo e por unidade de área que atravessa o elemento de construção por unidade de diferença de temperatura entre as suas faces
Rt,cond=lnr2r12πLk

Parede Cilíndrica Composta

Considerando que para sistema de parede composta é desconsiderado a resistência de contato das interfaces,dessa forma a taxa de transferência de calor pode ser expressa da seguinte forma:
qr=Ts,1-Ts,2Rtot

Espessura Crítica de Isolamento

Se Ri < Rcr, a resistência total diminui, portanto, a taxa de calor aumenta com a adição de camadas de isolamento. Essa tendência permanece até que o raio externo do isolamento corresponda ao raio crítico. A tendência é desejável para o fluxo de correnteelétrica através de um fio, desde que a adição de camadas de isolamento elétrico contribua a transferência do calor dissipado do fio para a vizinhança. Inversamente, se Ri > Rcr, qualquer adição de camadas de isolamento iria aumentar a resistência total e, portanto diminuir a perda de calor. Esse comportamento seria desejável para o escoamento de vapor através de uma tubulação, onde as camadas deisolamento são adicionadas para reduzir a perda de calor para a vizinhança.
A existência de um raio crítico requer que a área de transferência de calor varie na direção da transferência, como para a condução radial em um cilindro. Em uma parede plana, a área perpendicular à direção do fluxo de calor é constante e não existe espessura crítica para o isolamento (a resistência total sempre aumentacom o aumento da espessura do isolamento).
2. Objetivo

Determinar experimentalmente a condutividade térmica do polietileno expandido, o coeficiente de transferência de calor entre a superfície externa do isolante e o ambiente e o raio crítico do isolamento.
3. Materiais

Tubo de cobre com diâmetro externo de 28mm e comprimento de 1000mm, no interior do qual está inserida uma...
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