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RELATÓRIO TÉCNICO
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE FENÔMENOS DE
TRANSPORTE - DIL01058
1º semestre de 2024
Aula Prática: Transferência de calor unidimensional em regime
estacionário
Relatório 19
Aluno: Hiury Junges
Professor: Rafael Aislan Amaral
Tramandaí - RS
Março de 2024
Laboratório de Fenômenos de Transporte – DIL01058
1. INTRODUÇÃO
A transferência de calor é um fenômeno físico fundamental presente em diversas
aplicações na engenharia e nas ciências aplicadas. No estudo da transferência de calor, três
modos principais são considerados: condução, convecção e radiação. Dentre esses, a
condução térmica é o processo pelo qual o calor se propaga através de um meio sólido ou
fluido, devido à diferença de temperatura entre suas partes. No experimento a seguir, iremos
observar os efeitos da transferência de calor pela radiação de uma lâmpada utilizando
termopares para observar a influência das camadas no âmbito do isolamento que eles
propõem a ter.
2. OBJETIVO GERAL
Utilizando de componentes disponíveis e montados previamente no laboratório de máquinas,
temos como objetivo compreender, visualizar e estudar o comportamento dos fenômenos a cerca
da transferência de calor unidimensional em regime estacionário.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Iniciamos realizando a montagem do experimento. Montamos torres de placas, com vidros
com espessuras de 3mm e 5mm, também utilizamos isolamento via isopor para compor nosso
trabalho. Realizamos também o experimento com folhas de papel isolante, seja papel laminado ou
um papel semelhante a películas que são colocadas em carros, para diminuir o efeito do sol que
entra no veículo. Também realizamos o experimento com copos de isopor para distanciar as placas
de vidro de nossa lâmpada incandescente. Dos resultados, observamos abaixo na tabela o que
podemos entender sobre.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Tabela 1:
Para o processo experimental, aguardamos o primeiro multímetro chegar em 108°C, esse valor seria
a temperatura máxima que tivemos na lâmpada a nível de comparação e para ter um resultado mais
fiel ao que queríamos.
SEGUNDO MULTIMETRO TERCEIRO MULTÍMETRO
5cm de Isopor + 8 mm (duas láminas de vidro)
com um insulfilm no meio
46°C 32°C
5cm de Isopor + 8 mm (duas láminas de vidro)
com um papel alumínio no meio
50°C 31°C
5cm de Isopor + 8 mm (duas láminas de vidro)
sem nada no meio
45°C 33°C
5cm de Isopor + 8 mm (duas láminas de vidro)
com um insulfilm e um papel alumínio no meio
46°C 30°C
Laboratório de Fenômenos de Transporte – DIL01058
Tabela 2:
Após a primeira parte do experimento, realizamos novamente o mesmo, dessa vez com
o dobro do tamanho do isopor, 10cm, e outras modificações que podem ser observadas na tabela
abaixo. Onde nosso segundo multímetro irá medir a temperatura de convecção térmica.
SEGUNDO MULTIMETRO TERCEIRO MULTÍMETRO QUARTO MULTÍMETRO
10cm de Isopor + 12 mm (duas
láminas de vidro) com 2 insulfilm no
meio
44°C 44°C 32°C
10cm de Isopor + 12 mm (duas
láminas de vidro) com 1 insulfilm e 1
papel alumínio no meio
48°C 45°C 30°C
Laboratório de Fenômenos de Transporte – DIL01058
Tabela 3:
Por último realizamos novamente as medições com maior nível de isopor, e os mesmos
12mm de vidro.
SEGUNDO MULTIMETRO TERCEIRO MULTÍMETRO QUARTO MULTÍMETRO
13cm de Isopor + 12 mm (duas
láminas de vidro) com 2 insulfilm no
meio
43°C 41°C 33°C
13cm de Isopor + 12 mm (duas
láminas de vidro) com 1 insulfilm e 1
papel alumínio no meio
43°C 43°C 31°C
13cm de Isopor + 12 mm (duas
láminas de vidro) com 1 insulfilm e 1
feltro de 4mm no meio
42°C 42°C 30°C
A resistência total do experimento pela fórmula Rt= 1/h1A + l/KA + 1/ h2A foi de: 3802,85 K/W para
quando utilizamos 8mm de vidro e de 3803,14 K/W quando utilizamos 12mm de vidro.
Podemos também ver a a taxa de transferência de calor por condução em cada uma das placas de
vidro, pela tabela abaixo:
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Taxa calculada:
5cm de Isopor + 8 mm (duas láminas de vidro)
com um insulfilm no meio
ΔT=14°C: 0,00368 W
5cm de Isopor + 8 mm (duas láminas de vidro)
com um papel alumínio no meio
ΔT=19°C: 0,00500 W
5cm de Isopor + 8 mm (duas láminas de vidro)
sem nada no meio
ΔT=12°C: 0,00316 W
5cm de Isopor + 8 mm (duas láminas de vidro)
com um insulfilm e um papel alumínio no meio
ΔT=16°C: 0,00421 W
10cm de Isopor + 12 mm (duas láminas de vidro)
com 2 insulfilm no meio
ΔT=12°C: 0,00316 W
10cm de Isopor + 12 mm (duas láminas de vidro)
com 1 insulfilm e 1 papel alumínio no meio
ΔT=18°C: 0,00473 W
13cm de Isopor + 12 mm (duas láminas de vidro)
com 2 insulfilm no meio
ΔT=12°C: 0,00316 W
13cm de Isopor + 12 mm (duas láminas de vidro)
com 1 insulfilm e 1 papel alumínio no meio
ΔT=12°C: 0,00316 W
13cm de Isopor + 12 mm (duas láminas de vidro)
com 1 insulfilm e 1 feltro de 4mm no meio
ΔT=12°C: 0,00316 W
Assim também podemos responder perguntas básicas mas muito importantes feitas no roteiro do
experimento, como por exemplo se em um dia quente de verão, um estudante liga o ventilador
quando deixa o quarto pela manhã. Quando ele retorna à noite, o quarto estará mais quente
ou mais frio que os quartos vizinhos? Por quê? Assuma que todas as portas e janelas foram
mantidas fechadas.
O quarto estará mais quente porque o ventilador não resfria o ar, apenas move-o, e o motor do
ventilador gera calor ao funcionar. Com todas as portas e janelas fechadas, esse calor adicional fica
preso no quarto, aumentando a temperatura em comparação com os quartos vizinhos que não
possuem essa fonte extra de calor.
Já em outra pergunta: Considere a perda de calor através de duas paredes de uma casa em noite
de inverno. As paredes são idênticas, exceto que uma delas tem janela de vidro
hermeticamente fechada. Por meio de qual parede a casa vai perder mais calor? Explique.
A casa perderá mais calor pela parede que possui a janela de vidro.
Condutividade térmica do vidro e da parede onde o vidro tem uma condutividade térmica
geralmente maior do que a de materiais como tijolo, concreto ou madeira, que são usados nas
paredes. Isso significa que o vidro permite que o calor flua mais facilmente através dele do que os
materiais da parede. Isolamento térmico já que as paredes geralmente têm camadas de isolamento
térmico que reduzem a transferência de calor. O vidro, mesmo sendo hermeticamente fechado,
oferece menos isolamento em comparação com a parede, permitindo que o calor interno escape
mais rapidamente para o exterior frio.
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E também se considerar duas paredes idênticas em uma casa, exceto que uma é feita de
madeira de 10 cm de espessura, enquanto a outra é feita de tijolos de 25 cm de espessura. Por
meio de qual parede a casa vai perder mais calor no inverno? Explique.
A casa provavelmente perderá mais calor através da parede de madeira de 10 cm de espessura.
condutividade térmica da madeira é geralmente menor do que a do tijolo, o que significa que, por
unidade de espessura, a madeira é um melhor isolante. No entanto, a espessura da parede também
desempenha um papel crucial. A parede de tijolos tem 25 cm de espessura, que é significativamente
maior do que os 10 cm da parede de madeira. Mesmo que os tijolos tenham uma condutividade
térmica maior, a maior espessura da parede de tijolos aumenta a resistência térmica total, reduzindo
a quantidade de calor que pode passar por ela. A resistência térmica total de uma parede é
determinada tanto pelo material (condutividade térmica) quanto pela espessura da parede. Apesar da
madeira ser um melhor isolante por natureza, a espessura reduzida da parede de madeira resulta em
menor resistência térmica total comparada à parede de tijolos mais espessa.
5. CONCLUSÃO
Portanto, neste relatório abordamos a transferência de calor unidimensional em regime
estacionário, explorando os princípios fundamentais e as equações que governam esse fenômeno. A
análise do regime estacionário permite simplificar o problema ao considerar que a distribuição de
temperatura não varia com o tempo, o que é crucialpara uma variedade de aplicações práticas,
desde a engenharia de materiais até o design de sistemas térmicos. Os principais conceitos
discutidos incluem a lei de Fourier para condução de calor, a equação diferencial que descreve o
fluxo térmico unidimensional e as condições de contorno que podem afetar a solução. Discutimos
também as implicações práticas dessas teorias, como a importância da condutividade térmica dos
materiais e a influência das condições de contorno em sistemas reais. A partir das análises e
simulações realizadas, pudemos observar que a eficiência da transferência de calor pode ser
significativamente influenciada por fatores como o tipo de material e a geometria do sistema. A
compreensão detalhada desses aspectos é essencial para otimizar o desempenho térmico em várias
aplicações, desde a construção de edificações até o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos.
Entã, o estudo da transferência de calor unidimensional em regime estacionário não só fornece uma
base sólida para a análise térmica em sistemas simples, mas também serve como um ponto de
partida para entender problemas mais complexos que envolvem múltiplas dimensões e regimes
transientes. O domínio desses conceitos é fundamental para engenheiros e cientistas que buscam
projetar e implementar soluções térmicas eficazes em diversas áreas da tecnologia e da indústria.
Laboratório de Fenômenos de Transporte – DIL01058
6. REFERÊNCIAS
<https://querobolsa.com.br/enem/fisica/calorimetria#:~:text=A%20calorimetria%20%C
3%A9%20a%20parte,de%20um%20corpo%20a%20outro .> Acesso em: 27/07/2024
<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/capacidade-termica.htm> Acesso em 27/07/2024
https://querobolsa.com.br/enem/fisica/calorimetria#:~:text=A%20calorimetria%20%C3%A9%20a%20parte,de%20um%20corpo%20a%20outro
https://querobolsa.com.br/enem/fisica/calorimetria#:~:text=A%20calorimetria%20%C3%A9%20a%20parte,de%20um%20corpo%20a%20outro
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/capacidade-termica.htm