Exp_09_Convecção_Forçada

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CENTRO UNIVERSITÁRIO FEI 
QCP080 - LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Experimento 9: Convecção Forçada 
 
Grupo 2: 
Breno Villa - 11.116.711-0 
Pedro Henrique - 15.118.801-8 
Stefanny Leobina - 11.217.125-1 
Gustavo Nogueira - 11.117.116-1 
Marcello Tito - 15.118.388-6 
Natália Freitas - 11.218.305-6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Bernardo do Campo 
2022 
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01. Objetivo 
Este experimento tem como objetivo estudar o fenômeno de convecção forçada, 
determinar os coeficientes de transferência de calor e os coeficientes C e m da correlação. 
 
02. Introdução Teórica 
A transferência de calor é dada por três formas básicas: condução, convecção e 
radiação, sendo que a radiação não será abordada no presente estudo. A condução é a 
transferência de calor que ocorre internamente no material, devido à agitação das moléculas. 
A convecção de calor ocorre da superfície do material para o fluido circundante e se 
dá pela propagação da energia térmica causada por uma diferença de densidade, e também 
pode ser causada por uma fonte externa. 
Há duas formas de convecção: natural e forçada. A convecção natural ocorre quando o 
movimento do fluido não é causado por uma fonte externa, ele acontece por uma diferença 
de densidade, causada pela diferença de temperatura entre a temperatura do fluido e a 
temperatura do material. 
Na convecção forçada a propagação de energia é originada por uma fonte externa. É 
um dos principais métodos de transferência de calor útil, encontrada em ar condicionado e 
turbinas a vapor, por exemplo. 
 
03. Hipóteses Simplificadoras 
 Temperatura uniforme em toda a placa (metal com alta condutividade); 
 Regime transiente; 
 Troca térmica unidirecional; 
 Desprezar condução; 
 Desprezar convecção na lateral da placa; 
 Massa da amostra não varia com o tempo; 
 Temperatura do ambiente constante; 
 Variação do Cp desprezível. 
 
04. Procedimento Experimental 
Antes de iniciar o experimento, mediu-se com um auxílio de um paquímetro as 
dimensões da placa de Alumínio. Em seguida, a placa foi posta sobre a plataforma de 
madeira e aquecida, utilizando-se um aquecedor até a temperatura de aproximadamente 
100°C. 
Com o termômetro encaixado no suporte universal e deixando-o em cima da placa 
exposta ao ventilador, para realizar as medições de temperatura no decorrer do tempo. Foi 
utilizado um intervalo de 10 em 10 segundos, até que seja tomado 40 pontos. 
Foi realizado o mesmo procedimento para 3 velocidades distintas. 
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05. Resultados e análises 
Para os cálculos foi necessário medir a placa de cobre e obter suas propriedades, 
apresentadas nas tabelas a seguir: 
 
 
A próxima tabela nos fornece a temperatura da placa em função do tempo em duas 
velocidades: 
Comprimento (m) 0,77
Largura (m) 0,6
Espessura (m) 0,003
Dimensões da Placa
Propriedades Ar Cobre
Massa (kg) - 0,04361
⍴ (kg/m³) 1,1839 2697
Cp (J/kg.K) 1005,94 920
K (W/K.m²) 0,023 204
µ (Pa.s) 0,0000179 -
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v = 3m/s v = 6m/s
Temperatura (°C) Temperatura (°C)
0 90 90
15 85,6 82,7
30 79,4 75,1
45 75,2 70
60 71,4 65,6
75 68 61,8
90 64,6 58,2
105 61,7 54,8
120 59 52,1
135 56,4 49,8
150 54 47,5
165 51,8 45,3
180 49,8 43,5
195 47,9 40
210 46,2 38,7
225 44,4 37,2
240 43 35,9
255 41,4 34,9
270 40,3 33,7
285 39,2 32,8
300 38 32
315 36,9 31,2
330 35,9 30,4
345 35 29,7
360 34,1 29
375 33,2 28,4
390 32,4 27,8
405 31,6 27,4
420 30,4 26,9
435 29,8 26,4
450 29,1 26
465 28,7 25,6
480 28,2 25,2
495 27,7 24,9
510 27,2 24,6
525 26,9 24,2
540 26,4
555 26,1
570 25,6
585 25,4
600 25,1
615 24,7
630 24,4
645 24,2
Tempo (s)
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Linearizando os dados coletados e plotando no gráfico podemos calcular o coeficiente h, 
como demonstrado abaixo: 
 
Onde: 
Ts,f e Ts,i: temperatura no tempo final e inicial da placa de alumínio (°C); 
T∞: temperatura ambiente (°C); 
h: coeficiente de transferência de calor (W/m2.K); 
A: área da placa de alumínio (m2); 
m: massa da placa de alumínio (Kg); 
Cp: calor específico (J/kg.K); 
t: tempo (s); 
 
 
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Para o cálculo do coeficiente (h), isolamos ele na formula, utilizamos o coeficiente angular 
da reta de cada gráfico e as propriedades da placa. 
 
 
 
Para serem calculados os adimensionais m e C da equação abaixo, são necessários 
os cálculos de Re, Nu e Pr que são demonstrados a seguir: 
 
 
 
 
 
 
v = 3m/s v = 6m/s
Coef. Angular -0,0047 -0,0056
h (W/m².K) 0,41 0,49
v = 3m/s v = 6m/s
Reynolds (Re) 119051,4 238102,8
Nu 10,65 12,69
Pr 0,78
ln Pr -0,24
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Através do valor encontrado na literatura para m e C para escoamento externo em 
placa plana abaixo, calculou-se o erro experimental: 
 
 
 
06. Conclusão 
Como tínhamos como objetivo realizar um estudo sobre um problema de 
transferência de calor por convecção forçada e determinar experimentalmente os valores 
das constantes na equação de convecção., pode-se concluir que o experimento foi 
satisfatório devido ao sucesso no estudo da transferência de calor por convecção forçada 
entre o ar e as placas, além de determinar os valores das constantes na equação de 
convecção e o coeficiente convectivo para diferentes velocidades de vazão de ar, cumprindo 
assim com os objetivos. 
Um fator negativo do experimento foi constatado ao analisarmos os valores dos erros 
experimentais, principalmente o erro da constante C que comparado com o da literatura 
apresentou um erro de 16,4%, já a constante m apresentou um erro de 49,4%. 
Possíveis motivos dessas discrepâncias podem ser atribuídos ao erro em assumir 
algumas hipóteses, como por exemplo, erros associados à temperatura não ser uniforme na 
placa e imprecisão dos instrumentos, além desses erros outra hipótese erroneamente 
adotada foi regime laminar e paralelo à placa, pois na realidade deve ocorrer um desvio da 
trajetória da corrente de ar. 
 
07. Referências 
Roteiro do Moodle – Convecção Forçada. Laboratório de Engenharia Química II. 
Acesso em 27.mai.2022 
v = 3m/s v = 6m/s
ln Re 11,68731 12,38046
ln Nu 2,365338 2,540542
m
ln C
C
Gráfico
0,2528
-0,5888
0,55
m C
Teórico 0,5 0,664
%Erro 49,4% 16,4%