atps Transferência de calor

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FACULDADE ANHANGUERA EDUCACIONAL
ENGENHARIA MECÂNICA 
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Anápolis
2015
ALUNOS:
AMADEU GOMEZ PEREIRA RA: 5631103563 
ARAILTON GABRIEL DOS S. BASTOS RA: 4211796214
EDILSON A. DE SOUSA FILHO RA: 5899076586
FRANCILIANO C. LIMA RA: 3226021138
LUCAS ELIATHAN FARIA FERREIRA RA: 3776753495
MAGDIEL RAMOS RODRIGUES RA: 5670128594
MARCOS ANTÔNIO M. DA COSTA RA: 5222985910
THALLES JOSE DA SILVA RA: 5899076605
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS
 TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
Trabalho apresentado a Disciplina de Transferência de Calor. Para composição da nota do Segundo bimestre do curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Anhanguera.
Prof.º João Bento 
Anápolis
2015
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ......................................................................................................................03
ETAPA 1: Introdução aos estudos de transferência de calor.............................................04
Relatório 1: Introdução aos estudos de transferência de calor.
Passo 1 – Conceitos básicos e mecanismos estudo transferência de calor e as propriedades térmicas de matéria de isolantes térmicos.
Passo 2 – Quadro resumos sobre mecanismos de transferência de calor e isolantes térmicos 
ETAPA 2:Condução e convecção unidimensional em regime estacionário ......................06
Relatório 2: Experimentos de mecanismos de transferência de calor. 
Passo 1: Pesquisas sobre experimentos de mecanismos de transferência de calor por : condução convecção e radiação
Passo 2: Realizar e mostras os resultados dos experimentos.
ETAPA 3: Efeito combinado de condução e convecção / radiação térmica
Transferência de calor em superfícies estendidas. 
Relatório 3: Calor total transmitido......................................................................................09
Passo 1: Estudo do ambiente de sala de aula troca de calor sala e meio externo.
Passo 2: Transmissão de calor em edificações 
ETAPA 4: Trocadores de calor..............................................................................................11
Relatório 4: Trocador de calor
Passo 1: Trocadores de calor casco e tubos
Passo 2: Dimensionamento de trocadores de calor casco e tubo.
CONCULUSÃO .....................................................................................................................13
BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................14
INTRODUÇÃO
A disciplina de transferência de calor e importante para que possamos entender alguns conceitos básicos de como um corpo recebe ou perde calor, sabemos que calor e energia em movimento mais devemos entender como ocorre essa troca de calor e quais os mecanismos para um corpo trocar calor como outro corpo ou mesmo com o ambiente, vamos também fazer experimentos sobre os mecanismos de condução convecção e radiação e verificar tipos de materiais isolantes. No relatório 1 veremos os meios em que ocorre transferência de calor de um corpo para outro, seja por condução convecção ou radiação, e também vamos ver alguns tipos de materiais isolantes . No relatório 2 vamos realizar alguns experimentos para analisar os mecanismos de transferência de calor, vamos entender na pratica como funciona essa troca de calor seja por condução quando um corpo mais quente esta em contato com outro corpo com menor temperatura e assim há uma troca de calor para igualar o meio, ou por Convecção, geralmente em fluidos, quando a uma movimentação de suas moléculas que trocam calor umas com as outras sucessivamente, ou por Radiação quando a uma fonte de calor emitindo energia e outro corpo a recebe. No relatório 3 vamos ver Como funciona a troca de calor entre a sala e o meio ambiente, vendo a taxa de transferência pela parede e pelo vidro da janela, vendo como funciona a transmissão de calor em Edificações. No relatório 4 vamos estudar sobre trocadores de calor do tipo casco e tubo e dimensionar esses tipos de trocadores.
ETAPA1: INTRODUÇÃO AOS ESTUDOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
RELATÓRIO 1: INTRODUÇÃO AOS ESTUDOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Transferência de calor e a variação de temperatura em que um corpo esta sujeito quando a uma troca de calor entre um corpo e outro ou entre o meio em que ele esta, ou seja e a energia em movimento entre um meio e outro. Existem três mecanismos de transferência de calor:
Condução: que e quando a energia e movimentado de um corpo a outro quando estão em contato um com o outro; exemplo: ao pegar em uma panela muito quente ou muito fria ali a uma troca de calor por condução ou você perde calor para a panela ou você ganha calor da panela.
Convecção: ocorre apenas em líquidos e gases esse efeito, ao esquentar algum fluido as moléculas por serem livres entram em contato com um meio aquecido se movimentam e se chocam umas comas outras e trocam calor em um ciclo repetitivo ate que o meio volte a temperatura ambiente. 
Radiação: esse e o efeito em que o material emite energia por ondas eletromagnéticas, por exemplo, o sol, que emite radiação que e uma forma de propagação de energia que não necessita de matéria já que as ondas eletromagnéticas são capazes de se propagar no vácuo.
Essas três formas de transferência de calor não acontecem isoladas já que ocorrem simultaneamente em um meio. 
A taxa de transferência de calor e correspondente a quantidade de calor que foi transferida de um corpo para outro podendo ser expressa na seguinte equação:
(Taxa de transferência de calor) =( )
Q= 
MATERIAIS ISOLANTES TERMICOS
Materiais isolantes térmicos são produtos refratários com baixa condutividade térmica e baixo calor armazenado e uma porosidade total maior que 45% em volume. Estas duas propriedades térmicas são baseadas na alta porosidade e associadas com a baixa densidade destes materiais. Isto é também associado com propriedades adversas tais como relativa baixa resistência mecânica e susceptibilidade à corrosão devido a fácil infiltração por gases, vapor e fundidos.
Estes materiais são usados em unidades de processamento térmico pela redução das perdas térmicas e, portanto, para aumentar a eficiência energética.
As vantagens destes materiais isolantes na engenharia de fornos industriais são:
Consumo de energia específica otimizada;
Aumento da eficiência global de unidades de alta temperatura;
Vantagens nas emissões / redução das emissões de dióxido de carbono;
Redução da temperatura da parede externa;
Redução da massa instalada e redução da espessura da parede;
Menor peso total da estrutura do forno (carcaças de aço mais leves, menor requisito estático, etc.)
Instalação fácil e rápida;
Partida rápida do equipamento;
Aumento da disponibilidade e, portanto da produtividade do equipamento devido a ciclos mais curtos, especialmente no caso de equipamentos intermitentes;
Aumento da qualidade do produto graças ao preciso controle de temperatura do forno.
ETAPA 2: CONDUÇÃO E CONVECÇÃO UNIDIMENCIONAL EM REGIME ESTACIONARIO
RELATÓRIO 2: EXPERIMENTOS DE MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
CONDUÇÃO
No experimento demonstrado na Figura a seguir, uma barra metálica é aquecida em uma de suas extremidades. Observa-se que a temperatura é diferente em cada ponto da barra. As moléculas próximas à chama recebem calor e são violentamente agitadas. Pelo contato com as moléculas mais próximas, transferem parte da energia recebida para estas últimas, e assim sucessivamente. Observa-se que o calor não é capaz de se propagar instantaneamente ao longo de toda a barra metálica. Também e possível notar a diferença de condutividade das barras sendo a barra (a) de cobre e a barra (b) de alumínio, sendo o cobre melhor condutor que o alumínio note que os grampos colados com para fita caem mais rápido na barra de cobre.
CONVECÇÃONo experimento a seguir nos vamos observar como funciona o mecanismos de transferência de calor por convecção, vamos fazer a observação desse experimento com dois fluidos diferente a agua, e o leite, vamos adicionar uma pequena quantidade de leite no fundo do recipiente a fim de que ele não se misture com a agua para poder observar melhor o fenômeno da convecção como será ilustrado na figura a seguir:
Em seguida vamos esquentar o fundo do recipiente:
Note então que o fundo do recipiente onde se encontra o leita e é aplica a chama, as moléculas do leite começam a receber energia em forma de calor que e aplicada no recipiente, estas moléculas então começaram a entrar em contato uma com as outras, transmitido energia entre si, como o leite fica mais leve que a agua que esta na parte de cima ele tende a subir, e então podemos observar o fenômeno da convecção acontecendo no recipiente.
RADIAÇÃO
No experimento a seguir veremos um exemplo de radiação que uma forma de transferência de calor que estamos sujeitos todos os dias quando mesmo em dias nublados estamos sujeitos a radiação solar e este mecanismo de transferência de calor pode ser descrito na seguinte ocasião:
Vamos analisar duas latas do mesmo material, uma pintada de preto e a outra na sua cor original, e com um termômetro vamos ver as diferenças de temperatura nelas:
Podemos observar então q a lata preta absorve mais energia sua tempera e maior que na lata sem pintura, isso por que a cor preta tem maior grau de absorção de energia que as outras por isso podemos notar essa diferença de temperatura entre as latas.
ETAPA 3: EFEITO COMBINADO DE CONDUÇÃO E CONVECÇÃO / RADIAÇÃO TÉRMICA / TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM SUPERFÍCIES ESTENDIDAS.
RELATÓRIO 3: CALOR TOTAL TRANSMITIDO
Ambientes fechados como uma sala de aula, laboratório ou Biblioteca, tem a capacidade de absorver calor em determinado tempo e conservar a temperatura que esta quando há uma mudança na temperatura da vizinhança ao seu redor isso por que, os materiais que compõe sua estrutura possuem uma condutividade térmica que não permite que esse calor seja perdido de imediato, Os mecanismos de transferência de calor já estudados nas etapas anteriores em edificações relacionam simultaneamente, por exemplo; o sol emite calor em forma de radiação, que aquece uma determinada parede que ganha calor por condução do meio externo para o meio interno, no interior ocorre correntes de convecção devido a diferença da massa de ar quente e ar frio que circulam no edifício.
Vamos estudar o caso de uma sala de Aula da Faculdade Anhanguera de Anápolis. Em junho observa - se que a temperatura da cidade na parte da noite tem uma queda podendo chegar a 8°C. Supondo que a sala esteja a uma temperatura de 22°C qual será a taxa de perda de calor através das paredes da sala com espessura de 25cm, condutividade térmica do tijolo 0,7W/m.k, Considerar Area lateral da sala onde ocorre a perda 3 m por 10 m, Calcular também a perda de calor através dos vidros da janela, sendo 5 janelas com 1,5 m 1 m, L= 5cm condutividade térmica do vidro 0,8W/m.k.
Resolução:
Formula: Condução
K= coeficiente de condutividade 
∆T= Variação de temperatura
L= espessura 
A= Área 
Fluxo: “Parede”
 39,2W/m2
Perda:
1176 W
Fluxo: “Janela”
 224W/m2
Perda:
336 W
ETAPA 4: TROCADORES DE CALOR
RELATÓRIO 4: TROCADOR DE CALOR
Trocador de calor é o dispositivo usado para realizar o processo da troca térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas. Este processo é comum em muitas aplicações da Engenharia. Podemos utilizá-los no aquecimento e resfriamento de ambientes, no condicionamento de ar, na produção de energia, na recuperação de calor e no processo químico. 
Dentre os vários tipos de trocadores de calor empregados em processos industriais, o mais usado é o tipo casco e tubos. Este trocador consiste, resumidamente, de um casco cilíndrico que contém tubos em seu interior. Um dos fluidos de trabalho escoa pelo casco e o outro fluido, pelos tubos do feixe. A troca térmica é realizada através das paredes dos tubos. Os componentes principais deste equipamento são o casco, o feixe de tubos e os cabeçotes de entrada e retorno.
Os fluidos entram no trocador por extremidades opostas do trocador - configuração contracorrente. Nessa configuração, a transferência de calor é mais eficiente, a troca de calor é maior e uma maior diferença de temperaturas é alcançada quando comparada à configuração em paralelo. O óleo flui pelo casco e a água de resfriamento flui pelos tubos. Se água escoa pelo casco, ambos os lados do equipamento (interno e externo aos tubos) se tornam sujeitos à corrosão. Alocar a água nos tubos é uma forma de evitar que ambos os tubos e o casco sejam corroídos. Um segundo fator que influi na escolha da água como fluido que escoa pelos tubos é o fato da mesma ter maior tendência à incrustação. É mais fácil limpar o interior dos tubos que o exterior. Assim, o fluido com maior fator de depósito é alocado nos tubos.
DIMENSIONAMENTO DE UM TROCADOR:
O Dimensionamento de um trocador de calor deve atender as especificações preestabelecidas:
Multitubular com um passe no casco e dois no tubo
Fluido quente, óleo Tent = 110°c Tsai = 60°c
Fluido Frio: Agua entrada 30° C saída 75 
Vazão do fluido quente 24kg/min
Espaço disponível: 0,70cm x 3,50 m
Calor especifico óleo: 0,4kcal/kg°C
Calor especifico agua: 1kcal/kg°C
A taxa de transferência ̇ entre o fluido quente e frio no trocador é dada por: 
Qquente = mCp(Tent-Tsai)
m = vazão mássica do fluido quente 
Cp = capacidade térmica do fluido 
T = temperatura
Q = 0,4 x 0,4 (110 – 60)
Q= 8W
Qfrio = mCp(Tent-Tsai)
8 = 1Cp(75 - 30)
Cp = 8/45 
Cp= 0,17 kg/s “Vazão da agua” 
Diferença de temperatura LMTD
∆Tmax = 110 – 75 = 35 °c
∆Tmin = 60 – 30 = 30°c
LMTD= 32,4 °C
CONCLUSÃO
Os mecanismos de transferência de calor aqui estudados estão sempre em sintonia já que não ocorrem isoladamente, aprendemos que a transferência de calor por condução ocorre em materiais sólidos e quando estão em contato direto com a fonte de calor, já por convecção ocorre apenas em fluidos sendo ele provocado pelo movimento das moléculas que transmitem energia entre si a fim de equilibrar a temperatura no meio, e por radiação que e a forma de calor transmitida por ondas eletromagnéticas, sendo a radiação térmica a responsável pelo calor que aquece algum corpo ou fluido. Os materiais isolantes térmicos são aqueles que possuem propriedades refratarias maior porosidade e menor condutividade térmica. Os experimentos de mecanismos de transferência de calor também nos ajudaram a ter uma noção mais ampla sobre o assunto a fim de fixarmos e entender melhor o estudo de Transferência de Calor. A troca de calor em edificações esta ligada aos três mecanismos de transferência de calor cada um relaciona entre si gerando um ciclo entre radiação condução e convecção. Os Trocadores de calor do tipo casco e tubos são constantemente empregados na indústria e seu fator de funcionamento relaciona a entra e saída de fluidos com temperaturas diferentes, sendo empregados para aquecimento ou resfriamento de um ambiente.
BIBIOGRAFIA
Mecanismos de transferência de calor : disponível em: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/cap2-9.html acesso em: 03 de abril de 2015.
Transferência de calor: disponível em: http://wiki.sj.cefetsc.edu.br/wiki/images/e/e8/Apostila_TCL_V3_2010_Parte_1.pdf acesso em 03 de abril de 2015.
Materiais isolantes térmicos, disponível em: http://www.perfiltermico.com.br/pdc/todos/materiais-isolantes-termicos/ acesso em: 03 de abril de 2015.
Scientia Plena disponível em: http://www.scientiaplena.org.br/sp/article/view/586/240 acesso em: 04 de abril de 2015.
Propagação de calor por convecção: disponível em: http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/fte06.htm acesso em: 04 de abril de 2015.
Anápolis Aspectos geográficos, disponível em: http://www.anapolis.go.gov.br/portal/anapolis/aspectos-geograficos/acesso em: 20 de junho de 2015.
Tabela de Condutividade térmica, disponível em: http://www.protolab.com.br/Tabela-Condutividade-Material-Construcao.htm acesso em 23 de junho de 2015.
Projeto térmico Dimensionamento de trocador de Calor, Disponível em: http://www.essel.com.br/cursos/material/03/CAP5B.pdf Acesso em 20 de Junho de 2015.
Tabela calor especifico, disponível em: http://www.aalborg-industries.com.br/downloads/calor-especifico-medio.pdf acesso em 20 de junho de 2015.
Analise térmica de um trocador de calor, disponível em: http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10007837.pdf Acesso em: 20 de junho de 2015.