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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Curso de Graduação em Engenharia Mecânica ISOLAMENTO TÉRMICO – DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE TÉRMICA DO POLIETILENO E DA ESPESSURA CRÍTICA DO ISOLAMENTO Prática 01 Contagem 2019 INTRODUÇÃO Os sistemas cilíndricos e esféricos são as formas geométricas que representam a dissipação do calor e um gradiente direcional radial, e que por sua vez são tratados como unidimensionais. Neste experimento analisaremos o isolamento térmico em um cilindro para determinação da condutividade térmica da isolante lã de rocha. A condutividade térmica (k) é a capacidade de um material de conduzir calor, e quanto maior for o valor da condutividade térmica do material mais calor o material conduzira, materiais chamados de dissipadores térmicos, em relação ao de menor valor de condutividade térmica, chamados de isolantes térmicos. Tendo em mente a Lei de Fourier, podemos definir uma equação para encontrar o valor da condutividade térmica de um material. Essa equação será chamada de equação 𝑞𝑥=−𝑘𝐴𝛥𝑇𝐿 Onde qx é a taxa de calor, k a condutividade térmica do material, A corresponde a área da barra, ΔT a diferença entre as temperaturas e o L o comprimento do material. Com base na lei do balanço de energia abaixo será possível o valor da condutividade térmica do material onde: OBJETIVOS Este presente relatório tem como objetivo determinar a condutividade térmica do polietileno, bem como a partir dos dados obtidos na pratica e dos cálculos realizados, determinar a espessura crítica. DESENVOLVIMENTO Para a presente prática, foram utilizados os seguintes aparatos experimentais: Tubo de cobre com diâmetro externo de 28 mm e comprimento de 1000 mm, no interior do qual está inserida uma resistência elétrica; Tubo bipartido de lã de rocha com espessura de 10mm sobreposto ao tubo de cobre; Termopares tipo T fixados na superfície interna e externa da lã de rocha; Amperímetro, Multímetro E chave seletora; Foto 01: Esquema da montagem da pratica da determinação da condutividade térmica do polietileno Fonte: Elaborado pelos autores. Procedimento experimental Como o experimento objetiva-se determinar a condutividade térmica do polietileno, foram fixados três termopares na parte interna do polietileno e mais três na parte externa deste, a fim de medir a variação de temperatura. Com o multímetro, foi definida uma correte de 1,5 A e tensão de 18,6 W, para que o tubo de cobre no interior da lã gere uma resistência e forneça calor. O calor gerado pela resistência pode ser calculado pela equação 3 𝑞 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑞 𝑐𝑜𝑛𝑣 = 𝑃 = 𝑉 𝐼 Foi necessário esperar o sistema entrar em regime permanente para assim realizar as medições dos termopares. Os valores encontrados são apresentados na Tabela 01. Posiçao Temperatura °C P1 72,9 P2 56,6 P3 73,1 P4 53,9 P5 76,1 P6 57,6 Diferença de potencia (V) Corrente elétrica (A) Potencia Elétrica (W) 14,4 1,15 16,56 RESULTADOS T int= 74,3°C T ext= 56,03°C Tα=28,5ºC Di = 28mm L = 1.000mm De = 48mm 𝑞 = ∆𝑇 ∑ 𝑅𝑡 ∑ 𝑅𝑡 = 𝑙𝑛 𝑅𝑒𝑥𝑡 𝑅𝑖𝑛𝑡 2𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙𝜋𝑙 + 1 ℎ2𝜋𝑅𝑒𝑥𝑡 𝑞 = 𝑇1 − 𝑇∝ 𝑙𝑛 𝑅𝑒𝑥𝑡 𝑅𝑖𝑛𝑡 2𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙𝜋𝑙 + 1 ℎ2𝜋𝑅𝑒𝑥𝑡 16,56𝑤 = 347,3 − 329,03 ln ( 24𝑥10−3 14𝑥10−3 ) 2𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙𝜋 ∗ 1 𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙 = 0,078 W/mK 𝑞 = (𝑇𝑒 − 𝑇∝) 1 ℎ2𝜋𝑅𝑒𝑥𝑡 16,56 = (329,03 − 301,5) 1 ℎ2𝜋24𝑥10−3 ℎ = 4 W/ (m2K) 𝑅𝑐𝑟𝑖𝑡 = 𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙 ℎ 𝑅𝑐𝑟𝑖𝑡 = 0,078 4 𝑅𝑐𝑟𝑖𝑡 = 19,5 𝑚𝑚 Desse modo, com base nos dados fizemos a relação de resistência x espessura que pode ser observado no Gráfico 1. Assim, foi possível constar que o raio crítico para o nosso sistema foi de 19,5 mm. CONCLUSÃO Com esta prática disseminamos os conceitos associados entre a relação ao valor da condutividade térmica calculada com a condutividade térmica como também a definição a importância do raio crítico para avaliação de um projeto de isolamento térmico. Avaliando os valores de condutividade calculada e tabelada obtemos respectivamente (Kiso= 0,078W/m.K ) e (Ktab=0,036W/m.K), onde a diferença pode ser atribuída aos seguintes fatores como: - Erros nas medições de temperatura ambiente e leitura dos termopares; - Variações nas leituras dos equipamentos como o multímetro; - Erros de medições devido a descalibração dos equipamentos; - Erros de arredondamento de valores; - Falha de vedação por completo do tubo de cobre. O R crítico sendo menor que o raio do sistema permite com que qualquer quantidade de isolante aplicada aumentará a resistência e reduzirá a taxa de transferência de calor.
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