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4 Manual Aletas Rev A

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MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
1 de 10 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 04/09/2015 REVISÃO A 
 
 ORIGINAL REV. A REV. B REV. C REV. D REV. E REV. F REV. G REV. H 
DATA ------------ 04/09/2015 
ELABORAÇÂO DOPI Felipe Alves 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual de Operação 
Transferência de Calor em Aletas 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
2 de 10 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 04/09/2015 REVISÃO A 
 
 
 
 
Sumário 
 
1. OBJETIVO .................................................................................................................................. 3 
2. DESCRIÇÃO DE EQUIPAMENTO ........................................................................................ 3 
3. OPERAÇÃO DO EQUIPAMENTO ......................................................................................... 4 
4. SUGESTÕES PARA O RELATÓRIO ..................................................................................... 5 
5. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA ....................................................................................... 6 
ANEXO: FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO DA PRÁTICA .................................................. 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
3 de 10 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 04/09/2015 REVISÃO A 
 
 
 
1. OBJETIVO 
Tem-se como meta no processo de aprendizagem do aluno o estudo da transferência de calor 
entre uma aleta e um fluido. Nesta experiência o parâmetro mais relevante é o coeficiente de 
transferência de calor, cujo valor deverá ser determinado em função de diferentes condições, de 
acordo com o problema de interesse em engenharia. 
Neste sentido, trata-se de uma abordagem de caráter didático sobre aletas cujo objetivo é obter o 
perfil de temperatura da base das aletas em função do tempo para o regime transiente, assim como o 
perfil de temperatura ao longo da aleta no regime permanente, calcular a eficiência e efetividade de 
cada aleta, e, por meio do cálculo do coeficiente de convecção para cada aleta, comparar os valores 
experimentais com os teóricos, bem como observar as influências do material e do diâmetro da 
aleta. 
2. DESCRIÇÃO DE EQUIPAMENTO 
O equipamento encontra-se esquematizado na Figura 1. O esquema da unidade experimental 
consiste basicamente de uma caldeira, conjunto de aletas de seção circular, circuito de controle de 
temperatura, circuito de medida de temperatura e base de sustentação do “kit”. 
A caldeira é construída de aço e é revestida com isolante térmico e protegido contra impactos 
mecânicos. O aquecimento d’água é realizado por resistência elétrica (3) imersa no reservatório e 
conectada ao circuito de controle (10) da temperatura de operação da caldeira. 
O conjunto de aletas (2) é constituído por três barras de seções circulares uniformes, uma de 
alumínio, de diâmetro ½” nominal, e duas de aço inoxidável, de diâmetros iguais a ½”e 1” 
nominais. 
As três aletas têm comprimento total de 60 cm cada, sendo que uma de suas extremidades 
encontra-se no interior da caldeira (1). Nestas extremidades, as barras são fixadas na parede frontal 
da caldeira por meio de roscas de vedação, que impedem a ocorrência de possíveis vazamentos. As 
outras extremidades das barras estão apoiadas nos suportes (7). Ao longo de todas as barras tem 
orifícios (12) que permitem o encaixe de termopares. 
O circuito de controle da temperatura no interior da caldeira é composto pela resistência elétrica 
(3), termopar (13) e o controlador propriamente dito (10) e indicador de temperatura. 
O projeto e a construção do conjunto de aletas, bem como dos sistemas de controle e medidas de 
temperatura permitem a realização de experiências em regimes transiente e permanente em 
diferentes condições de transferência de calor, envolvendo mecanismos convectivos naturais e 
forçados. 
 
MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
4 de 10 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 04/09/2015 REVISÃO A 
 
 
 
Figura 1. Conjunto experimental de transferência de calor em aletas. 
 
3. OPERAÇÃO DO EQUIPAMENTO 
Neste experimento serão utilizadas três barras que se combinam duas a duas, isto é, diâmetros 
iguais e materiais de construção diferentes e diâmetros diferentes, porém construídas do mesmo 
material. Permitindo assim, analisar a influência destes fatores no fenômeno de transferência 
observado. 
Os aspectos sobre segurança estão restritos aos cuidados usuais em se manipular sólido e fluido 
a altas temperaturas, bem como, com instalações elétricas. 
Para uma correta e segura operação do equipamento, tem-se as seguintes instruções: 
a) Medir as dimensões das aletas; 
 
b) Medir a distância dos orifícios a partir do ponto base. Considere o ponto base como o 
primeiro orifício. Para realizar as medidas utilize o paquímetro. Anotar os valores na tabela, 
disponível no formulário em anexo; 
 
c) Ligar o controlador de temperatura/resistência (10) na chave seletora. Ajustar o set point do 
controlador no valor desejado; 
 
 
MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
5 de 10 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 04/09/2015 REVISÃO A 
 
 
d) Efetuar as medidas a cada 5 minutos, da temperatura para o orifício mais próximo da caldeira, 
nas 3 aletas, a partir do instante inicial até ser atingido o regime permanente. O tempo inicial é 
quando o controlador é acionado; 
 
e) Ao atingir o regime permanente, fazer as medidas de temperatura nos diferentes orifícios para 
cada aleta. Esperar estabilização da temperatura em cada orifício; 
 
f) Alimentar a planilha previamente elaborada com os dados experimentais adequados e calcular 
o que se pede no formulário em anexo; 
 
g) Apresentar ao professor a planilha e explicar os cálculos realizados; 
 
h) Por fim, identificar os componentes do grupo e entregar o formulário ao professor no final da 
prática. 
 
4. SUGESTÕES PARA O RELATÓRIO 
 
a) Faça uma breve revisão sobre a importância das aletas e seus tipos; 
 
b) Faça um balanço de energia para uma aleta cilíndrica com o objetivo de encontrar a equação 
geral que representa a distribuição de temperatura ao longo da aleta. Especifique as 
suposições feitas; 
 
c) Consulte os casos possíveis de condições de contorno para a solução particular da equação de 
distribuição de temperatura em aletas cilíndricas; 
 
d) Procure previamente as propriedades dos materiais das aletas a serem estudadas no 
laboratório; 
 
e) Faça o perfil de temperatura em relação ao tempo, em estado transiente; 
 
f) Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção (h) das aletas, usando ajuste 
de parâmetros para os dados experimentais (h experimental), com o auxílio do Solver do 
Excel; 
 
g) Comparegraficamente o perfil de temperatura (em relação à posição) experimental e o 
calculado. Discuta os resultados; 
 
h) Calcule a eficiência e a efetividade das três aletas. 
 
 
 
 
 
 
MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
6 de 10 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 04/09/2015 REVISÃO A 
 
 
5. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA 
 
INCROPERA, Frank P. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa, 6ª Ed., LTC, Rio 
de Janeiro, 2007. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO: FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO DA PRÁTICA 
 
FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO 
FOLHA 
1 de 4 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
REALIZAÇÃO 
 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR 
Felipe Alves 
GRUPO 
 
ENTREGA 
 
NOTA 
 
 
RELATORES : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Formulário e Questionário 
Transferência de Calor em Aletas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO 
FOLHA 
2 de 4 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
REALIZAÇÃO 
 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR 
Felipe Alves 
GRUPO 
 
 
 
1. DADOS EXPERIMENTAIS 
1.1. Corpos de prova 
 
Aletas 
Material 
Condutividade¹ 
k (W/m.k) 
Diâmetro² 
(m) 
Comprimento³ 
L (m) 
Perímetro 
P (m²) 
Área da seção 
Transversal, Ac (m²) 
Alumínio 
Aço < D 
Aço > D 
1 – Deve ser pesquisada e preenchida antes da prática 
2 – Média de 3 medições distintas. 
3 – Consiste na distância entre o primeiro orifício e a extremidade da aleta. 
 
1.2. Condições experimentais 
 
Dados de temperatura 
Temperatura do 
banho (°C): 
 Temperatura 
Ambiente (°C): 
 
 
1.3. Regime Transiente 
 
Variação da Temperatura no Orifício 1 
Tempo (s) 
Temperatura (ºC) 
Alumínio Aço < D Aço > D 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO 
FOLHA 
3 de 4 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
REALIZAÇÃO 
 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR 
Felipe Alves 
GRUPO 
 
 
 
1.4. Regime Permanente 
 
Perfil de Temperatura na aleta 
Orifício 
Distância¹ 
(m) 
Temperatura (ºC) 
Alumínio Aço < D Aço > D 
1 0 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
Extrem. 
1 – Consiste na distância entre o orifício em questão e o primeiro orifício. 
 
1.5. Resultados. 
 
Alumínio 
 
Temperatura calculada (após minimização do somatório do erro) 
Caso 1 
(conv. na extrem.) 
Caso 2 
(extrem. adiab.) 
Caso 3 
(extrem. c/ T conhec.) 
Caso 4 
(aleta inf.) 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
Extrem 
∑(√(𝑻𝒄𝒂𝒍𝒄 − 𝑻𝒆𝒙𝒑)
2
) = 
m 
h (W/m.k) 
 
 
FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO 
FOLHA 
4 de 4 
PRÁTICA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM ALETAS 
REALIZAÇÃO 
 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR 
Felipe Alves 
GRUPO 
 
 
 
Aço < D 
 
Temperatura calculada (após minimização do somatório do erro) 
Caso 1 
(conv. na extrem.) 
Caso 2 
(extrem. adiab.) 
Caso 3 
(extrem. c/ T conhec.) 
Caso 4 
(aleta inf.) 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
Extrem 
∑(√(𝑻𝒄𝒂𝒍𝒄 − 𝑻𝒆𝒙𝒑)
2
) = 
m 
h (W/m.k) 
 
Aço > D 
 
Temperatura calculada (após minimização do somatório do erro) 
Caso 1 
(conv. na extrem.) 
Caso 2 
(extrem. adiab.) 
Caso 3 
(extrem. c/ T conhec.) 
Caso 4 
(aleta inf.) 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
Extrem 
∑(√(𝑻𝒄𝒂𝒍𝒄 − 𝑻𝒆𝒙𝒑)
2
) = 
m 
h (W/m.k)

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