SEGUNDA PRATICA

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS 
NÚCLEO UNIVERSITÁRIO EM CONTAGEM 
Curso: Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aron Matheus Carvalho Queirós 
Eduardo Delfino de Araujo 
Frederico Luiz da Rocha Boggione 
Lorrayne Ystefani Santos Alves 
 
Orientador: Luis Carlos Monteiro Sales 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISOLAMENTO TÉRMICO – DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE TÉRMICA DO 
POLIETILENO E DA ESPESSURA CRÍTICA DO ISOLAMENTO 
 
Relatório Científico referente à disciplina de laboratório de transferência de calor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Contagem 
02/09/2019 
1. OBJETIVO 
 
Determinar experimentalmente a condutividade térmica do polietileno, o 
coeficiente de transferência de calor entre a superfície externa do isolante e o 
ambiente e o raio crítico do isolamento. 
2. METODOLOGIA 
 
2.1. Aparato experimental 
 
 Tubo de cobre com diâmetro de 28 mm e comprimento de 1000 mm, no interior 
do qual está inserida uma resistência elétrica. 
 Tubo bipartido de polietileno com espessura de 10 mm, sobreposto ao tubo de 
alumínio. 
 Termopares tipo T fixados nas superfícies interna e externa do polietileno. 
 Voltímetro. 
 Amperímetro. 
 Milivoltímetro. 
 Chave seletora. 
 
2.2.Fotos da Instalação: 
 
Figura 01 - Montagem do sistema para ensaio, indicação dos termopares 
 
Fonte: Realizado pelos Autores 
 
 
 
Figura 02 – Montagem do sistema para ensaios, materiais utilizados. 
 
Fonte: Realizado pelos Autores 
 
2.2. Procedimentos: 
 
Foi montado o sistema conforme as imagens 01 e 02 e em seguida foi ligado 
o resistor interno dentro do tubo de cobre através da fonte de alimentação. Foi 
preciso aguardar o sistema sair do regime transiente para o permanente para então 
realizar as medições das temperaturas do raio interno e externo com o auxílio de 
termopares. 
Após a realização das medições dos termopares do sentido da direita para a 
esquerda, foi coletado também informações sobre a diferença de potencial (V), 
corrente elétrica (A), a potência elétrica (W) e a temperatura ambiente (°C) que 
permitiram a construção das tabelas 01 e 02. 
3 - RESULTADOS 
 
No decorrer do experimento, gerou-se a seguinte relação de informações. 
 
Tabela 01 – Potência elétrica 
Diferença de 
potencial(V) 
 
Corrente elétrica 
(A) 
 
Potência elétrica (W) 
 
15,56 1,45 22,56 
Fonte: Realizado pelos Autores 
 
Tabela 02 – Temperaturas no isolante 
Posição dos termopares Temperatura (oC) 
 
01 Interno 100 
02 Externo 70 
03 Interno 101 
04 Externo 71 
05 Interno 103 
06 Externo 71 
Fonte: Realizado pelos Autores 
 
Os dados dos materiais utilizados foram os seguintes: 
 
 Cobre: Diâmetro 28 mm e Comprimento 1000 mm 
 Polietileno: Espessura 10 mm 
 
 
Sabendo-se que a taxa de condução de calor do polietileno (q) é equivalente ao 
potencial elétrico, podemos afirmar que então: 
 𝑞 = 𝑉. 𝑖 (1) 
 
Onde a Diferença de Potencial (V) é multiplicada pela Corrente Elétrica (i). Embora 
sabe-se também que (q) equivale a razão da variação de temperatura com o somatório 
de resistores térmicos conforme a equação (2) 
 𝑞 =
∆𝑇
∑𝑅𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠
 (2) 
 
Como no sistema sabemos que existem dois tipos de transferência de calor por 
condução e convecção, podemos correlacionar as equações (2) e (3) para uma nova 
equação (3). 
 𝑞 =
∆𝑇
∑𝑅𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠
=
(𝑇1−𝑇𝛼)
ln⁡(
𝑟𝑒𝑥𝑡
𝑟𝑖𝑛𝑡
)
2.𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙.𝜋.𝑙
+
1
2.ℎ.𝜋.𝑟𝑒𝑥𝑡𝑙
= 𝑉. 𝐼 (3) 
 
 
No sistema consideramos 3 tipos de temperatura T1, T2 e T∞ e T∞ é o valor da 
temperatura ambiente referente que é de 23,5°C e os valores de T1 e T2 são as médias 
aritméticas da tabela 02. A ordem ficará de T1>T2>T∞. 
Determinando as equações (1), (2) e (3) obteremos os valores dos coeficientes h e K isol. 
 
 
 
 
 
 
𝑞 = 𝑉. 𝐼 ∴ 𝒒 = 𝟐𝟐,𝟓𝟔𝑾 
 
 
(𝑇1 − 𝑇2)
ln (
𝑟𝑒𝑥𝑡
𝑟𝑖𝑛𝑡
)
2. 𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙 . 𝜋. 𝑙
= 𝑉. 𝐼⁡ ∴ ⁡𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙 =
𝑉. 𝐼. ln (
𝑟𝑒𝑥𝑡
𝑟𝑖𝑛𝑡
)
2. (𝑇1 − 𝑇2). 𝜋. 𝑙
 
 
𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙 =
22,56. ln (
0,024
0,014
)
2. (374,48 − 343,82). 𝜋. 1
= 0,06
𝑊
𝑚.𝐾
⁡ ∴ ⁡𝑲𝒊𝒔𝒐𝒍=𝟎,𝟎𝟔
𝑾
𝒎.𝑲
 
 
(𝑇1 − 𝑇∞)
1
2. ℎ. 𝜋. 𝑟𝑒𝑥𝑡 . 𝑙
= 𝑉. 𝐼⁡ ∴ ℎ =
𝑉. 𝐼
2. (𝑇1 − 𝑇∞). 𝜋. 𝑟𝑒𝑥𝑡 . 𝑙
 
 
ℎ =
22,56
2. (343,82 − 296,65). 𝜋. 0,024.1
= 3,17⁡
𝑊
𝑚². 𝐾
∴ 𝒉 = 𝟑, 𝟏𝟕
𝑾
𝒎².𝑲
 
 
 
O raio crítico pode ser obtido através da razão de Kisol e h: 
𝑟𝑐𝑟𝑖𝑡 =
𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙
ℎ
⁡∴ ⁡ 𝑟𝑐𝑟𝑖𝑡 =
0,06
3,17
= 0,031⁡𝑚 ∴ 𝒓𝒄𝒓𝒊𝒕 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟖⁡𝒎 
 
 
Após a realização dos cálculos foi feito um gráfico de Rxe 
 
Gráfico 01 – Resistor x Espessura 
 
Fonte: Elaborada pelos autores 
0,0000
0,5000
1,0000
1,5000
2,0000
2,5000
3,0000
3,5000
4,0000
4,5000
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04
R
(K
/W
)
E(M)
R X E
RTcond(K/W) RTconv(K/W) Rttotal(K/W)
O gráfico 01 determina qual é a espessura ideal para a camada de isolamento térmico 
em sistemas radiais do polietileno. 
 
4 – CONCLUSÃO 
 
Os valores informados de Kisol se aproximaram com o tabelado de 
0.06 W/m.K. No gráfico 01 mostra que a resistência condutiva aumenta com a adição 
de isolante, a resistência condutiva diminui devido ao aumento da área externa. Dessa 
forma, é possível a existência de uma espessura de isolamento que minimize a perda 
de calor pela maximização de resistência total à transferência de calor.