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<p>Relatório Transferência de calor</p><p>Cultura</p><p>Faculdade SENAI de Tecnologia Gráfica (SP SENAI)</p><p>10 pag.</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark</p><p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ – UNIFEI</p><p>PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA</p><p>6ª. LISTA DE EXERCICIOS DE MCE-02</p><p>Prof. Sandro Metrevelle M. de Lima e Silva</p><p>HAROLDO MARINHO DOS REIS</p><p>ITAJUBÁ, 26 DE ABRIL DE 2010</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>Para aumentar a taxa de transferência de calor em uma superfície sólida para um fluido adjacente</p><p>pode-se aumentar a velocidade do fluido ou pode ser realiza através do aumento da área de superfície</p><p>transversal a qual a convecção ocorre através do emprego de aletas (DEWITT et al., 2005).</p><p>A aplicação de superfícies aletadas está presente em diversas áreas para o resfriamento, desde</p><p>processadores de computador até a refrigeração de motores.</p><p>O método utilizado para medição da eficiência de transferência de calor através de uma superfície</p><p>aletada, possui alguma hipoteses:</p><p>-Todo o calor dissipado pelo aquecedor resistivo é transferido para o dissipador, considerando</p><p>que não ocorra perdas pela base e pelas laterais, devido a serem isolados com madeira.</p><p>-Como é constituido do mesmo material, considera-se que a superficie exposta, bem como a</p><p>superficie das aletas apresentarão a mesma distribuição de temperaturas.</p><p>Para o desenvolvimento do experimento proposto foram desenvolvidas as equações descritas a</p><p>seguir para determinar a taxa de transferência de calor para a placa plana e para a placa aletada.</p><p>Taxa de transferência de calor para a placa plana</p><p>Através da equação da lei de resfriamento de Newton, descrita como a Equação 1, foi utilizada</p><p>para a determinação da taxa de transferência de calor para a placa plana.</p><p>bb</p><p>b</p><p>b</p><p>Ahq  (1)</p><p>Onde,</p><p>qb=taxa de transferência de calor para a placa plana;</p><p>hb=coeficiente de transferência de calor por convecção médio e, W/m².K;</p><p>Ab=área da placa plana;</p><p>b</p><p> =gradiente de temperatura entre a placa e o ambiente.</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p><p>Taxa de transferência de calor para a placa aletada</p><p>Para o calculo da taxa de transferência de calor para a placa aletada foi utilizada a Equação 2,</p><p>descrita abaixo:</p><p>bata</p><p>qqNq</p><p>´</p><p> (2)</p><p>Onde,</p><p>qta= taxa de transferência da placa aletada em W;</p><p>N=número de aletas contida na placa;</p><p>qa= taxa de transferência de calor para uma aleta (W);</p><p>q´b= taxa de transferência da placa sem as aletas (W).</p><p>A Equação 3 foi utilizada para o cálculo da taxa de transferência de calor de uma aleta (qa).</p><p>baaa</p><p>Ahq   (3)</p><p>Onde,</p><p>qa= taxa de transferência de calor para uma aleta (W);</p><p> = eficiência da aleta;</p><p>ha= coeficiente de transferência de calor por convecção médio , W/m².K;</p><p>Aa= área da aleta , m².</p><p>Para o calculo da eficiência da aleta ( ) foi necessário a aplicação da Equação 4.</p><p>c</p><p>c</p><p>Lm</p><p>Lm</p><p></p><p></p><p></p><p>)tanh(</p><p> (4)</p><p>Onde,</p><p> = eficiência da aleta;</p><p>tanh= tangente hiperbólica;</p><p>m= parâmetro da aleta;</p><p>Lc= comprimento corrigido da aleta;</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p><p>Para a determinação do parâmetro m da aleta deve ser determinada pela Equação 5.</p><p>2</p><p>t</p><p>LL</p><p>c</p><p> (5)</p><p>Onde,</p><p>Lc= comprimento corrigido da aleta;</p><p>t=espessura da aleta , m;</p><p>A área da aleta (Aa) foi determinada pela expressão da Equação 6.</p><p>tLtWLWA</p><p>a</p><p> 22 (6)</p><p>Onde,</p><p>Aa= área da aleta;</p><p>Lc= comprimento corrigido da aleta;</p><p>t=espessura da aleta</p><p>W= comprimento da aleta;</p><p>L= profundidade da aleta;</p><p>No cálculo do parâmetro m da aleta, foi utilizada a Equação 7, expressa como:</p><p>sr</p><p>AK</p><p>Ph</p><p>m</p><p></p><p></p><p></p><p>(7)</p><p>Onde,</p><p>P= perímetro da aleta calculo pela Equação 8;</p><p>K= condutividade térmica com valor de 209 W/m.K para o alumínio 6063T5;</p><p>Asr= área da seção reta definido pela Equação 9;</p><p>Para a determinação do perímetro da aleta usamos a Equação 8 que:</p><p>tWP  22 (8)</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p><p>A área da seção reta da aleta , definida pela Equação 9.</p><p>tWA</p><p>sr</p><p> (9)</p><p>A quantidade de calor fornecida pelas fontes de alimentação continua é determinada pela relação</p><p>da potência elétrica, dada pela Equação (10) .</p><p>IUP  (10)</p><p>Onde,</p><p>P= potência, me Watt</p><p>U= tensão, em Volts;</p><p>I= corrente, em Ampere</p><p>Para o cálculo do desempenho teórico (dt) do experimento executado, foi utilizada a razão entre</p><p>a taxa de transferência de calor pela placa aletada (qta) e a placa plana (qb), expressa pela Equação 11.</p><p>b</p><p>ta</p><p>t</p><p>q</p><p>q</p><p>d  (11)</p><p>Para o cálculo do desempenho experimental (de) da aula, foi utilizada a razão entre a potência</p><p>aplicada na placa aletada (Pa) e a potencia aplicada na placa plana (Pb) apresentada na Equação 12.</p><p>b</p><p>a</p><p>e</p><p>P</p><p>P</p><p>d  (12)</p><p>A efetividade da aleta (฀a), definida pela razão entre a taxa de transferência de calor (qa) e a taxa</p><p>de transferência de calor que existiria sem a presença da aleta, representada pela Equação 13.</p><p>bsrb</p><p>a</p><p>a</p><p>Ah</p><p>q</p><p></p><p></p><p></p><p> (13)</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p><p>PROCEDIMENTO OPERACIONAL</p><p>O sistema necessário para a elaboração da aula prática encontrava-se montado e em pleno</p><p>funcionamento no laboratório para a estabilização da temperatura para possibilitar a realização do</p><p>experimento proposto em regime permanente.</p><p>A Figura 1 mostra a montagem dos equipamentos</p><p>para a realização da aula proposta.</p><p>.</p><p>Figura 1. Desenho esquemático do aparato experimental para a determinação da transferência de calor</p><p>para a placa plana e para placa aletada.</p><p>As placas de alumínio estavam montadas em uma caixa de madeira, isoladas com isopor sobre a</p><p>placa de aquecimento conforme desenho esquemático apresentado na Figura 2, onde também, estão</p><p>dimensionadas as medidas para as aletas.</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p><p>Figura 2 – Desenho esquemático das placas de alumínio utilizadas na determinação da taxa de</p><p>transferência de calor.</p><p>A montagem do aparato experimental apresentado na Figura 1 e composto pelos seguintes</p><p>componentes e equipamentos:</p><p>- uma placa de alumínio 6063T5 com dimensões de 101x103mm e espessura 1,6mm (±0,05mm);</p><p>- uma placa de alumínio 6063T5 com dimensões de 101x103mm e espessura 1,6mm (±0,05mm) e</p><p>com 13 aletas com dimensões: espessura (t=1,6mm); altura (L=19.7mm);</p><p>- sistema de aquecimento através de aquecedor resistivo do tamanho das placas de alumínio;</p><p>- duas fontes de energia, marca Instrutemp, modelo ST-305 D ;</p><p>- um receptor de dados, marca Agilent, modelo 34970 A;</p><p>- sistema de aquisição de dados Benchlink Data Logger 3 ;</p><p>- três pares de termopar, sendo instalado um na superfície da placa plana, aleta da placa aletada e</p><p>outro para medir a temperatura do laboratório.</p><p>As placas de alumínio estavam instaladas em uma caixa de madeira e isoladas com isopor e a</p><p>medida das dimensões foi coletada por um único operador através do uso do paquímetro.</p><p>A coleta da temperatura nos pontos definidos das placas e a temperatura do laboratório foram</p><p>transmitidas pelos termopares, do tipo T (cobre/constantan) de diâmetro 0,2mm, através do Agilent,</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p><p>sendo efetuada a leitura de 10 em 10 segundos e os dados foram armazenados pelo programa</p><p>Benchlink Data Logger 3.</p><p>A tensão e a corrente aplicada no aquecedor conectado as placas estavam sendo controladas</p><p>através das fontes Instrutemp ST-305 D.</p><p>Os dados foram coletados, diretamente no sistema de coleta de dados Agilent, após o período</p><p>de estabilização e estão apresentados na Tabela 1.</p><p>Resultados e conclusões</p><p>Depois de confirmado o regime de estabilização do sistema montado, foi coletado as</p><p>temperaturas transmitidas pelos termopares no sistema de aquisição de dados Agilent e a voltagem e</p><p>amperagem aplicada nos aquecedores das placas plana e aletadas. Os dados coletados estão</p><p>apresentados na Tabela 1.</p><p>Tabela 1. Dados coletados para a efetuação dos cálculos envolvidos.</p><p>Descrição Temperatura (ºC) Voltagem (V) Amperagem (A)</p><p>Placa plana 45,9 13,5 0,16</p><p>Placa aletada 45,8 20,3 0,24</p><p>Laboratório 24,5 - -</p><p>De posse das equações descritas acima, foram executados os cálculos para a determinação da</p><p>taxa de transferência de calor para a placa plana e para com aletas, o valor dos desempenhos teórico e</p><p>experimental e o valor da efetividade.</p><p>Os cálculos foram desenvolvidos no programa Matcad 2001 e estão no Anexo 1. Os valores</p><p>encontrados estão expressos na Tabela 2.</p><p>Tabela 2- Valores encontrados para o experimento executado.</p><p>Descrição Resultado</p><p>Taxa de transferência de calor para a placa plana, qb ,(W) 1,716</p><p>Taxa de transferência de calor para a placa aletada, qta ,(W) 4,847</p><p>Potência aplicada na placa plana , (W) 4,872</p><p>Potência aplicada na placa aletada , (W) 2,160</p><p>Desempenho teórico (dt) 2,824</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p><p>Desempenho experimental (de) 2,255</p><p>Efetividade (฀a) 10,049</p><p>Os resultados apresentados mostram, através do valor da efetividade, que o experimento</p><p>alcançou um resultado satisfatório, visto que o valor encontrado para a efetividade (฀ ) está cima de</p><p>dois (฀>2) valor considerado nas literaturas que justifica o uso de aletas para a transferência de calor.</p><p>Como eventuais hipóteses para o valor encontrado, podemos destacar:</p><p>1- Possíveis erros na coleta das dimensões pelo operador visto que foi efetuada somente uma</p><p>coleta;</p><p>2- Tempo necessário para o sistema permanecer em regime permanente;</p><p>3- A instalação dos termopares que deveriam ser soldados na placa e na aleta para evitar o</p><p>aumento da resistência de contato.</p><p>Conforme pergunta feita na aula prática sobre a avaliação do desempenho sobre as placas</p><p>submetidas à convecção forçada, em placas sem aletas, aumentaria a dissipação de calor e nas placas</p><p>com aletas , aumenta o coeficiente de convecção e diminuia eficiência da transferência de calor.A</p><p>vantagem de usar a convecção forçada para dissipação de calor é que o escoamento forçado do ar</p><p>evita que ocorra elevação acentuada da temperatura no equipamento em questão.</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>Incropera F.P. & DeWitt D.P., “Fundamentals of Heat and Mass Transfer”,</p><p>John Wiley &</p><p>Sons Inc., USA, 6th ed.,</p><p>Junior, J.B., Pasquotto, L.G., Burguer, V.S., 2007,”Análise da eficiência da dissipação de calor</p><p>em aletas com ventilação natural e ventilação forçada”. UFRS, Porto Alegre, Rio Grande do</p><p>Sul, Brasil.</p><p>Kreit,F.,”Principios da Transmissão de calor”, Editora Edgard Blucher Ltda, 1977.</p><p>Moran, M.J., Shapiro, H.N., Munson, B.R., DeWitt, D.P., “ Introudução à engenharia de</p><p>sistemas térmicos; Termodinâmica, Mecânica dos fluidos e Transferência de calor.” LTC,</p><p>2005. Rio de Janeiro, Brasil.</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p><p>Document shared on https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/</p><p>Downloaded by: maiara.salmaso.eu (maiarasalmaso@alunos.utfpr.edu.br)</p><p>https://www.docsity.com/pt/relatorio-transferencia-de-calor/4797057/?utm_source=docsity&amp;utm_medium=document&amp;utm_campaign=watermark</p>