Buscar

Laboratório 01 - Transferência de Calor

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes
Você viu 3, do total de 22 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes
Você viu 6, do total de 22 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes
Você viu 9, do total de 22 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 
 
 
 
 
 
 
Hítalo Daniel Soares Ribeiro - 2018007391 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LABORATÓRIO 01 – TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE TÉRMICA DE METAIS (CONSTANTE 
DE PROPORCIONALIDADE) E VERIFICAÇÃO EXPERIMENTAL DA LEI DE 
FOURIER 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Itajubá – MG 
2020 
2 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 
 
 
 
 
 
 
Hítalo Daniel Soares Ribeiro - 2018007391 
 
 
 
 
 
LABORATÓRIO 01 – TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE TÉRMICA DE METAIS (CONSTANTE 
DE PROPORCIONALIDADE) E VERIFICAÇÃO EXPERIMENTAL DA LEI DE 
FOURIER 
 
 
 
 
Relatório submetido ao Professor Doutor Sandro 
Metrevelle Marcondes de Lima e Silva como 
requisito parcial para aprovação na disciplina 
EME605P Transferência de Calor I do curso de 
graduação em Engenharia de Energia da 
Universidade Federal de Itajubá. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Itajubá – MG 
2020 
3 
 
RESUMO 
 
Palavras-chave: 
O processo de transferência de calor, ocorrer em todos os tipos de corpos, no entanto, 
uma parte desses corpos, chamados isoladores, dificulta a troca de calor entre si e o 
meio, de modo que a condução térmica seja praticamente nula. No entanto existe outra 
classe, chamada de condutores, que facilitam a troca de calor entre si e o ambiente. 
Esses corpos, quando possuem formas lineares, podem, ao conduzir calor, serem 
estudados e descritos através da equação de Fourier. O presente estudo visa apresentar 
as variáveis que influenciam nessa lei, e de forma prática, constatar sua eficácia. 
Palavras-Chaves: Calor, Condução, Lei de Fourier. 
 
4 
 
SUMÁRIO 
1 – INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 7 
1.1 – Princípio Da Condução Térmica E Lei De Fourier ............................................. 7 
2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 9 
3 - OBJETIVOS ............................................................................................................. 10 
4 - ESPECIFICAÇÕES DOS MATERIAIS UTILIZADOS .......................................... 11 
5 – METODOLOGIA ..................................................................................................... 12 
5 – RESULTADOS OBTIDOS ...................................................................................... 15 
5.1 – Análise Dos Resultados ..................................................................................... 15 
5.2 – Cálculo De Hot Face, Cold Face e Intermediários ............................................ 16 
5.3 – Cálculo De Hot Face, Cold Face e Intermediários ............................................ 20 
8 – CONCLUSÕES ........................................................................................................ 21 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 22 
 
 
5 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1 – Resfriamento de um tubo de aquecimento, através de hastes metálicas. ........ 7 
Figura 2 - Representação de condução ............................................................................. 8 
Figura 3 - Representação do dispositivo de placa quentes para metais .......................... 12 
Figura 4 - Bancada física do experimento ...................................................................... 13 
Figura 5 - Interface inicial do software .......................................................................... 13 
Figura 6 - Medições realizadas durante o experimento .................................................. 14 
Figura 7- Regressão linear para a região fria .................................................................. 17 
Figura 8 - Regressão linear para a região quente............................................................ 17 
Figura 9 - Regressão linear entre a Hot e a Cold Face ................................................... 18 
Figura 10 – Comportamento completo das temperaturas durante o regime permanente 19 
 
 
6 
 
LISTA DE FIGURAS 
Tabela 1 – 11ª medição realizada do experimento (dados obtidos) ............................... 15 
Tabela 2 – 12ª medição realizada do experimento (dados obtidos) ............................... 15 
Tabela 3 - Tabela de temperaturas completa .................................................................. 19 
 
7 
 
1 – INTRODUÇÃO 
 
Na física, o termo transferência de calor, também conhecida como transferência 
térmica, pode ser descrito como a transição de energia térmica de uma massa (corpo) 
mais quente para uma massa mais fria. 
Quando um corpo, seja ele um sólido ou um fluido, encontra-se a uma temperatura 
diferente do seu entorno ou de outro corpo, o fluxo de calor ou troca térmica, ocorre de 
maneira a se equilibrar a temperatura de ambos, conforme é descrito pela lei zero da 
termodinâmica. 
Desta maneira, um ponto a se destacar é o princípio da condução térmica e a lei de 
Fourier. 
1.1 – Princípio Da Condução Térmica E Lei De Fourier 
 
É denominado como condução térmica o processo de troca de calor de uma região 
com temperatura elevada, para outra com temperatura mais baixa até o equilíbrio 
térmico entre ambas as partes. Isto é, se em um determinado ponto de um corpo com 
temperatura elevada, inserir-se um ponto de baixa temperatura, o material tenderá a 
trocar calor até um ponto de equilíbrio para aquela região do mesmo, e vice-versa. Esse 
processo pode ser verificado na figura a seguir (Figura 1). 
Figura 1 – Resfriamento de um tubo de aquecimento, através de hastes metálicas. 
 
Fonte: Wikipedia
1
 
Existem duas classes de materiais bem definidas que podem ser descritas como 
isolantes ou condutores térmicos. Assim como na eletricidade, os condutores térmicos 
são materiais que facilitam a “passagem” de calor através de seu corpo, fazendo com 
que a troca com o meio seja fácil. Na contramão disso, os isolantes térmicos diminuem 
o fluxo de calor através do seu meio, dessa forma impedindo que o calor entre ou saia 
do corpo. 
 
1
 Disponível em <https://pt.wikipedia.org/wiki/Condu%C3%A7%C3%A3o_t%C3%A9rmica> 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_t%C3%A9rmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_termodin%C3%A2mico
8 
 
Figura 2 - Representação de condução 
 
Fonte: Brasil Escola
2
 
Por este motivo, para que ocorra a transferência de calor por condução térmica, é 
necessário que exista um meio material para que o calor possa propagar-se, seja ele 
sólido líquido e até mesmo gasoso. 
Nesse cenário, destaca-se muito um cientista de extrema importância para os estudos 
da transferência de calor, Joseph Fourier (1768 – 1830). Este, por meio de seus 
experimentos, conseguiu comprovar que a temperatura distribuída em uma barra varia 
linearmente por toda sua extensão. 
Sendo assim, no decorrer deste relatório, será observado e analisado o funcionamento 
da Lei de Fourier e o princípio de condução térmica. 
 
2
 Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/lei-fourier.htm> 
9 
 
2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
Joseph Fourier, através de seus experimentos desenvolveu uma equação que rege em 
muitos aspectos a distribuição de temperatura de materiais condutores. 
“A lei de Fourier constitui uma lei empírica, isto é, 
estabelecida a partir da experiência e descreve a teoria da 
condutibilidade calorífica em regimes de temperaturas 
estacionárias e variáveis e resolve diversos problemas: parede, 
barra, esfera, entre outros. [...] A lei de Fourier permite 
quantificar a transmissão de calor entre os extremos da barra em 
regime permanente (estacionário), em função das dimensões da 
barra, das características do material de que ela é feita e ainda 
das temperaturasnos seus extremos”. (Portal São Francisco, 
2016) 
A conhecida equação de Fourier pode ser observada a seguir. 
𝑄𝑥 = 𝑘 ∗ 𝐴 ∗
∆𝑇
𝐿
= 𝑘 ∗ 𝐴 ∗
𝑇2 − 𝑇1
𝐿
 
Onde: k → constante de proporcionalidade (W/(m ºC)) 
A → Área do material (m²) 
L → Comprimento do material (m) 
T1 → Temperatura inicial da face do material (ºC) 
T2 → Temperatura final da face do material (ºC) 
Através dessa equação, é possível obter o fluxo unidimensional (Qx) de um corpo 
condutivo. 
Utilizando de tais conceitos, o presente relatório focará em aplicar de forma prática 
os conceitos estudados por Fourier, com a finalidade de comprova-los 
experimentalmente. 
 
10 
 
3 - OBJETIVOS 
 
Por finalidade, o presente estudo tem como objetivo principal determinar a 
condutividade térmica, k, (constante de proporcionalidade) de um corpo de prova 
metálico. 
11 
 
 4 - ESPECIFICAÇÕES DOS MATERIAIS UTILIZADOS 
 
Para a realização do experimento, foram especificados alguns materiais que serviram 
como corpo de prova, além de instrumentos que realizaram o experimento e as 
medições dos parâmetros, são eles: 
 Amostra aço inoxidável 25 mm; 
 Amostras de latão para controle de temperatura; 
 Unidade de serviço de transferência de calor HT10XC, compatível com o 
sistema operacional (Windows XP); 
 Acessório de condução linear de calor compatível com computador 
HT11C. 
 Banho ultratermostático controlador de temperatura, Quimis. 
 
12 
 
5 – METODOLOGIA 
 
Antes de se iniciar concretamente o experimento, faz-se necessário explicar como foi 
montada a estrutura do experimento. Por este motivo, o primeiro ponto a ser destacado é 
o experimento realizado, este se chama dispositivo de placa quente para metais (Figura 
3). 
Este experimento, consiste em observar a condução de calor através de um corpo de 
prova conectado à duas superfícies de diferentes temperaturas. 
Figura 3 - Representação do dispositivo de placa quentes para metais 
 
Fonte: Roteiro do experimento 
A amostra de latão superior está conectada à unidade de serviço de transferência de 
calor HT10XC e aos termopares T1, T2 e T3. Essa amostra superior é, através do 
HT10XC, aquecida por meio de uma resistência e assim a mesma é posta em contato 
com a face superior da amostra de aço. 
A amostra de latão inferior, no entanto, está conectada ao banho ultratermostático e 
aos termopares T4, T5 e T6. Essa amostra, por meio do fluxo do líquido refrigerante 
que circula em seu interior (FW), é resfriada e conectada à face inferior da amostra de 
aço. 
A função dos termopares é justamente, como veremos à frente, para analisar a 
temperatura de cada amostra de latão, para que dessa maneira a lei de Fourier possa ser 
posta a prova. 
Assim, realizaram-se todas as conexões no início do laboratório, de maneira que a 
disposição física pode ser observada na figura abaixo (Figura 4). 
13 
 
Figura 4 - Bancada física do experimento 
 
Fonte: Material de apoio do professor da disciplina 
Após a montagem, o HT10XC foi ligado e; subsequente, iniciou-se o software de 
apoio à bancada HT11C para realizar as configurações do experimento. A mesma foi 
configurada de maneira que começasse ocorrer condutividade térmica na amostra 
superior. 
O software então, após aberto, apresentou uma interface (Figura 5), com algumas 
configurações a serem inseridas, dentre as quais, a principal a se destacar é a opção 
“Controle de aquecimento (HC)”, a qual teve um valor atribuído de 25, para o 
aquecimento da amostra. Já o banho controlador foi aferido com uma temperatura de 
15º C 
Figura 5 - Interface inicial do software 
 
Fonte: Material de apoio do professor da disciplina 
Dessa maneira, a bancada começou a fornecer calor para a fonte quente da placa. 
Neste momento, devido à falta de circulação do banho resfriador e um contato direto, 
tanto a amostra superior, quanto a inferior foram aquecidas. Nesse momento, todos os 
termopares já estavam realizando medições. 
14 
 
O próximo passo foi colocar a amostra de aço inoxidável de Ø25 mm e 30 mm de 
comprimento, e a colocou entre as fontes quente e fria, como mostrado na figura 3. 
Em sequencia foi ligada a circulação do banho controlador, isto é, começou a circular 
líquido refrigerante, através da fonte fria do experimento. Isso foi realizado por dois 
motivos principais, primeiramente, pois a temperatura do fluído do banho estava 
próximo à de 15º, sendo assim, já era possível começar a aferir os termopares inferiores. 
O segundo motivo foi para que começasse a ocorrer o resfriamento da amostra de latão 
inferior (fonte fria), pois no início, apena a fonte quente estava exercendo influência no 
experimento, dessa forma aquecendo todas as amostras. 
Após o banho chegar à 15º C, novas medidas foram realizadas (figura 6), e verificou-
se que a temperatura dos termopares ainda tinham variações, a cada medição. Isto 
significa que o processo ainda não havia chegado ao regime permanente, então as 
medidas não poderiam ser levadas em conta, até que o regime permanente ocorresse. 
Figura 6 - Medições realizadas durante o experimento 
 
Fonte: Material de apoio do professor da disciplina 
Esse processo levou bastante tempo, e durante todo esse processo novas medidas 
foram sendo retiradas para confirmar se o regime permanente já estava ocorrendo. 
Assim foram realizadas 12 medidas para confirmar este estado. 
15 
 
5 – RESULTADOS OBTIDOS 
 
O objetivo principal do experimento foi encontrar a “k” constante de 
proporcionalidade, para isso, o primeiro passo foi anotar os dados obtidos, em seguida 
preencher regiões necessárias e por fim aplicar a Lei de Fourier para obtê-la, como será 
descrito no decorrer desta seção. 
5.1 – Análise Dos Resultados 
 
O estado de regime permanente foi constatado, após conferir que a diferença entre as 
medidas era igual a 0. Isto é, ao realizar a obtenção de dados das medidas 11 (Tabela 1) 
e 12 (tabela 2), observou-se que os valores dos termopares da face fria e da face quente, 
não apresentaram maiores variações. 
Tabela 1 – 11ª medição realizada do experimento (dados obtidos) 
Description 
Posição ao longo da 
barra [mm] 
Temperatura 
medida [°C] 
Thermocouple T1 15,0 34,1 
Thermocouple T2 30,0 33,3 
Thermocouple T3 45,0 32,8 
Hot Face 52,5 - 
Intermediate 1 60,0 - 
Intermediate 2 75,0 - 
Cold Face 82,5 - 
Themocouple T6 90,0 17,8 
Thermocouple T7 105,0 17,1 
Thermocouple T8 120,0 16,9 
Fonte: Material de apoio do professor da disciplina 
Tabela 2 – 12ª medição realizada do experimento (dados obtidos) 
Description 
Posição ao longo da 
barra [mm] 
Temperatura 
medida [°C] 
Thermocouple T1 15,0 34,2 
Thermocouple T2 30,0 33,4 
Thermocouple T3 45,0 32,8 
Hot Face 52,5 - 
Intermediate 1 60,0 - 
Intermediate 2 75,0 - 
Cold Face 82,5 - 
Themocouple T6 90,0 17,9 
Thermocouple T7 105,0 17,1 
Thermocouple T8 120,0 16,9 
Fonte: Material de apoio do professor da disciplina 
16 
 
Além desses valores obtidos de temperatura, alguns parâmetros devem ser 
destacados, pois serão usados durante o estudo da lei de Fourier. O principal dentre eles, 
é a potência dissipada pelo experimento que deu aproximadamente 3,5 W, além disso 
também é possível destacar a corrente e a tensão geradas pelo gerador de calor, que são 
5,9 V e 0,6 A, respectivamente. 
Por se tratar de um experimento que não está completamente isolado, pode-se ocorrer 
pequenas perdas na resistência e na troca de calor do banho, o regime permanente ainda 
apresenta uma variação mínima entre os valores de medição, no entanto, essa variação é 
ínfima, ou seja, não estabilizará mais do que o verificado no atual momento do 
experimento. Por este motivo os cálculos foram baseados neste momento, 
considerando-o como regime permanente. 
Após a obtenção desses dados, deu-se por necessário completar a tabela, de modo a 
encontrar a temperatura de face quente e a temperatura de face fria, já que ambas estãoem contato direto com a amostra de aço. É através desses dois valores, que será possível 
obter-se a constante “k”. 
5.2 – Cálculo De Hot Face, Cold Face e Intermediários 
 
Para que as temperaturas de Hot e Cold face fossem encontradas, foi necessário 
primeiramente, calcular a regressão linear dos valores encontrados (Figuras 7 e 8), mas 
pergunta que deve ser levada em consideração é: “Por que regressão linear e não média 
das medidas?” 
A resposta é mais simples do que parece, deve-se ao fato de que cada termopar está 
posicionado a uma distância diferente, espaçada em 15 mm, ou seja, os valores de 
temperatura estão variando em função de uma função linear, que é o comprimento da 
amostra. Como as face estão à frente dos termopares, seguindo essa ideia, seus valores 
poderiam ser descobertos por meio de uma regressão linear. 
Assim, utilizando os valores obtidos, obteve-se a regressão linear e a função 
representante de cada face. 
17 
 
Figura 7- Regressão linear para a região fria 
 
Fonte: Autoral 
E por meio da equação obtida, foi possível achar o valor de Cold Face: 
𝑦𝑓 = −0,0303 ∗ 82,5 + 20,5 
𝑦𝑓 = 18,0 º𝐶 
O mesmo foi feito para a Hot Face: 
Figura 8 - Regressão linear para a região quente 
 
Fonte: Autoral 
𝑦𝑞 = −0,0455 ∗ 52,5 + 34,83 
y = -0,0303x + 20,5 
16,8
17,0
17,2
17,4
17,6
17,8
18,0
85,0 95,0 105,0 115,0 125,0 135,0
Te
m
p
e
ra
tu
ra
 (
ºC
) 
Posição ao longo da barra (mm) 
COLD FACE 
Série1
Linear (Série1)
y = -0,0455x + 34,83 
32,6
32,8
33,0
33,2
33,4
33,6
33,8
34,0
34,2
34,4
10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
Te
m
p
e
ra
tu
ra
 (
ºC
) 
Posição ao longo da barra (mm) 
HOT FACE 
Série1
Linear (Série1)
18 
 
𝑦𝑞 = 32,4 º𝐶 
Com esses valores obtidos, já seria possível realizar o calculo de “k”, no entanto, 
como foi necessário fazer uma regressão linear para cada região, e como recomendado 
durante a aula experimental, para evitar erros, e utilizando o princípio de Fourier, o qual 
afirma que o valor da constante é o mesmo para qualquer região do corpo que está 
realizando condução (amostra de aço), a melhor forma de evitar possíveis erros, é 
realizar a linearização entre as faces, achando temperaturas intermediárias (Figura 9). 
 
Figura 9 - Regressão linear entre a Hot e a Cold Face 
 
Fonte: Autoral 
Assim, calculou-se os valores intermediários 1 e 2 para verificar o comportamento 
completo da transferência de calor na amostra de aço. 
𝑦𝑖1 = −0,4813 ∗ 60 + 57,71 
𝑦𝑖1 = 28,8 º𝐶 
 
𝑦𝑖2 = −0,4813 ∗ 75 + 57,71 
𝑦𝑖2 = 21,6 º𝐶 
Por fim, a tabela foi preenchida completamente (Tabela 3) e um gráfico do 
comportamento da temperatura no decorrer das amostras foi plotado. 
 
y = -0,4813x + 57,71 
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
45,0 55,0 65,0 75,0 85,0
Te
m
p
e
ra
tu
ra
 (
ºC
) 
Posição ao longo da barra (mm) 
Gráfico de tempeturas intermediárias 
Intermediate 1
Linear (Intermediate 1)
19 
 
Tabela 3 - Tabela de temperaturas completa 
Description 
Posição ao longo 
da barra [mm] 
Temperatura 
medida [°C] 
Thermocouple T1 15,0 34,2 
Thermocouple T2 30,0 33,4 
Thermocouple T3 45,0 32,8 
Hot Face 52,5 32,4 
Intermediate 1 60,0 28,8 
Intermediate 2 75,0 21,6 
Cold Face 82,5 18,0 
Themocouple T6 90,0 17,9 
Thermocouple T7 105,0 17,1 
Thermocouple T8 120,0 16,9 
Fonte: Autoral 
Figura 10 – Comportamento completo das temperaturas durante o regime permanente 
 
Fonte: Autoral 
Desta maneira, o comportamento do experimento geral, pôde ser observado 
anteriormente, onde os pontos pretos são as medidas dos termopares estão destacadas 
como pontos pretos, as temperaturas de contato com a amostra de aço estão destacadas 
com cores diferentes, sendo a de hot face o ponto vermelho, enquanto a de cold face é a 
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0 130,0
Te
m
p
e
ra
tu
ra
 (
ºC
) 
Posição ao longo da barra (mm) 
Comportamento da temperatura 
20 
 
azul e as amarelas são pontos intermediários durante o processo de condução da amostra 
de aço. 
5.3 – Cálculo De Hot Face, Cold Face e Intermediários 
 
Ao realizar as etapas anteriores foi possível, finalmente, encontrar constante de 
proporcionalidade “k”, isso, pois a temperatura de entrada, de saída e as intermediárias 
estavam todas calculadas. Partindo desse ponto, então, foi necessário aplicar a lei de 
Fourier. 
Por via de comparação, serão realizados cálculos utilizando apenas as faces quente e 
fria, e depois utilizando as temperaturas intermediárias, para verificar se o experimento 
foi realizado com êxito. 
Primeiramente, é valido realizar o cálculo considerando apenas as temperaturas da 
face quente. Lembrando que as dimensões da amostra de aço são de Ø25 mm, e o calor 
dissipado é de 3,5 W aproximadamente e o comprimento da peça de 30 mm. 
𝑄𝑥 = 𝑘 ∗ 𝐴 ∗
𝑇2 − 𝑇1
𝐿
 → 3,5 = 𝑘 ∗ 𝜋 ∗ (0,0125)2 ∗
18,0 − 32,4
0,030
 
𝑘 = 
3,5
0,2356
= 14,85 
Agora, realizando o mesmo calculo, considerando o a troca entre a Hot Face e a 
temperatura intermediária T1, considerando L = 7,5 mm, obtém-se: 
𝑄𝑥 = 𝑘 ∗ 𝐴 ∗
𝑇2 − 𝑇1
𝐿
 → 3,5 = 𝑘 ∗ 𝜋 ∗ (0,0125)2 ∗
28,8 − 32,4
0,0075
 
𝑘 = 
3,5
0,2356
= 14,85 
Em seguida, realizando o mesmo calculo, considerando os valores intermediários T1 
e T2, considerando L = 15 mm, obtém-se: 
𝑄𝑥 = 𝑘 ∗ 𝐴 ∗
𝑇2 − 𝑇1
𝐿
 → 3,5 = 𝑘 ∗ 𝜋 ∗ (0,0125)2 ∗
21,6 − 28,8
0,015
 
𝑘 = 
3,5
0,2356
= 14,85 
Por fim, realizando o mesmo calculo, considerando o valor intermediário e a Cold 
Face, considerando L = 7,5 mm, obtém-se: 
𝑄𝑥 = 𝑘 ∗ 𝐴 ∗
𝑇2 − 𝑇1
𝐿
 → 3,5 = 𝑘 ∗ 𝜋 ∗ (0,0125)2 ∗
18,0 − 21,6
0,0075
 
𝑘 = 
3,5
0,2356
= 14,85 
Como foi possível observar em todos os cálculos, o valor da constante foi o mesmo, 
isto é, a lei de Fourier estava correta para este tipo de experimento. 
21 
 
6 – CONCLUSÕES 
 
Por meio do experimento realizado, é possível concluir, que a aplicabilidade da Lei 
de Fourier é correta para este tipo de amostra, considerando que a mesma possuía forma 
bem definida, com aquecimento linear e num ambiente controlado. 
É importante ressaltar que, no experimento, o líquido utilizado para refrigeração foi 
água, pois, é de fácil acesso e manutenção. No entanto para fins experimentais, e muitas 
vezes industrialmente, é possível utilizar líquido refrigerante SAE 50. Este líquido é 
muito mais utilizado, devido ao fato de seus pontos de estados serem diferentes do da 
água, ou seja, não corre risco de criar cristais, em temperatura baixas, e nem evaporar 
em temperaturas altas. No entanto, em função de refrigeração, não ocorrerá muita 
diferença, pois a troca de calor do mesmo é próxima a da água. 
Este é um ponto a ser destacado, com o intuito de concluir, que é possível sim 
substituir a água do banho ultratermostático pelo líquido SAE 50. 
Por fim, como foi comprovada, a constante de proporcionalidade é a mesma através 
de toda a amostra de aço, onde ocorre a condução. Vale ressaltar que foram levados em 
considerações possíveis erros existentes, isso deve-se ao fato de fatores externos 
influenciarem no experimento, como o dia frio, perdas na troca de calor do líquido 
refrigerante ou na resistência de aquecimento, além disso, também é possível ressaltar, a 
aferição dos termopares que sempre possuem uma margem de erro. 
 
22 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] SILVA, S. M. M. L., 2020, Roteiro experimental, UNIFEI. 
[2] FIGLIOLA, R. S. e BEASLEY, D. E., 2007, Teoria e Projeto para Medições 
Mecânicas, LTC – Livros Técnicos Científicos Editora S. A., 4a ed., Rio de Janeiro. 
Incropera, F. P, 
[3] DEWITT, P. D., BERGMAN, T. L. e LAVINE, A. S., 2008, Fundamentos de 
Transferência de Calor e Massa, 6a ed., LTC - Livros Técnicos Científicos Editora S. 
A., Rio de Janeiro, Brasil. 
[4] DESCONHECIDO, 2016, Lei de Fourier, disponível em 
<https://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/lei-de-fourier>.

Continue navegando