Transferencia de calor

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TRANSFERÊNCIA DE CALOR BIDIMENCIONAL SOBRE UMA COLUNA DE TIJOLOS REFRATÁRIOS




Doglas Arndt, Wagner Dierings.
URI -, Universidade Regional Integrada, Curso de Engenharia Industrial Mecânica – E.I.M.
Campus II – RS 331, n° 345 – Bairro Demoliner CEP 99700-000, Erechim, RS.
E-mail para correspondência:wagner.dierings@gmail.com






Resumo. O presente trabalho tem o propósito deavaliar a condução de calor sobre uma coluna de tijolos refratários, bidimensional, em regime permanente por meio de três métodos, o método analítico o método numérico e o método dos volumes finitos. Com o auxílio de software Maple foi possível realizar os cálculos das equações diferencias com diferentes condições de contorno, determinando assim o campo de temperatura, e a taxa de transferência decalor em cada face da coluna, com os resultados obtidos através dos métodos em questão, os mesmos serão comparados a fim de legitimar os resultados.


Palavras chave: Transferência, bidimensional, refratário, calor.

1-Introdução

Sempre que um corpo está a uma temperatura maior que a de outro ou, inclusive, no mesmo corpo existam temperaturas diferentes, ocorre uma transferência deenergia da região de temperatura mais elevada para a mais baixa, e a esse fenômeno dá-se o nome de transmissão de calor. A transferência de calor está presente em qualquer fenômeno físico ou químico e este fenômeno de transferência de energia pode ocorrer através de três formas, condução, convecção e radiação.
A maior parte, dos problemas reais de engenharia envolve a transferência de calorde forma multidimensional, ou seja, os efeitos desta transferência devem ser analisados em duas ou três dimensões do objeto. Para alguns problemas adequados é possível aplicar simplificações e realizar o desenvolvimento dos cálculos como se fosse um caso unidimensional, devido ao gradiente de temperatura ser significativo em apenas uma direção. No entanto, quando as condições de contorno de umsistema forem irregulares ou não forem uniformes, esta implicação pode deixar de ser satisfatória. Em tais casos, a temperatura é uma função de duas ou mais coordenadas, por isso devemos fazer uso de programas computacionais para avaliar o problema na sua totalidade.
Neste trabalho será analisada a condução de calor bidimensional em uma coluna de tijolos refratários, em regime permanente, semgeração de energia interna. Para a solução analítica será utilizada a técnica de separação de variáveis e na solução numérica o método de diferenças finitas com o auxílio do programa computacional Maple e ainda serão utilizados os softwares Transcal e Surfer para a geração dos gráficos. Os métodos de solução (analíticos e numéricos) não serão descritos detalhadamente, pois o objetivo principal éilustrar as características gerais das duas técnicas enfatizando os resultados obtidos.

2-Modelo Proposto

O modelo proposto para a análise trata-se de uma coluna de tijolos refratários, em regime estacionário, com as seguintes dimensões: (1 metro de largura e 1 metro de altura), a mesma possui temperatura superficial de 600K, para as faces norte, leste e oeste e na face sul a coluna éexposta a uma corrente de ar com temperatura de 300ºK com um coeficiente convectivo h = 5 W/(m.K). O tijolo refratário possui uma condutividade térmica k = 1 W/(m.K), o mesmo é constante para todos os pontos da coluna.

3-Equações

Para determinar a taxa de transferência de calor para a corrente de ar, é necessário obter um campo de temperaturas, ou seja, devem-se definir as temperaturas emcada ponto da coluna e como as mesmas variam com a posição. Para determinar esta distribuição é usual utilizar a equação da difusão de calor:
[pic] (1)

Após determinada esta distribuição, é necessário definir o fluxo térmico por condução na coluna, para isso é aplicada a lei de Fourier.
Entretanto a Eq. (1) passará por uma série de simplificações devida algumas considerações a...
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