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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO Instituto de Qumica Departamento de Operaes e Projetos Industriais Laboratrio de Engenharia Qumica II
Manual de Operao
Conjunto Didtico Experimental
DETERMINAO EXPERIMENTAL DA VARIAO DE
TEMPERATURA AO LONGO DE ALETAS
1. Descrio do Equipamento:
O equipamento encontra-se esquematizado na Figura 1. O esquema da
unidade experimental consiste basicamente de uma caldeira, conjunto de aletas
de seo circular, circuito de controle de temperatura, circuito de medida de
temperatura e base de sustentao do kit.
A caldeira construda de ao e revestida com isolante trmico e
protegido contra impactos mecnicos. O aquecimento dgua realizado pela
resistncia eltrica (3) imersa no reservatrio e conectada ao circuito de controle
(10) da temperatura de operao da caldeira.
O conjunto de aletas (2) constitudo por trs barras de sees circulares
uniformes, uma de alumnio, de dimetro nominal, e duas de ao inoxidvel,
de dimetros iguais a e 1 nominais.
As trs aletas tm comprimento total de 60 cm cada, sendo que uma de
suas extremidades encontra-se no interior da caldeira (1). Nestas extremidades,
as barras so fixadas na parede frontal da caldeira por meio de roscas de
vedao, que impedem a ocorrncia de possveis vazamentos. As outras
extremidades das barras esto apoiadas nos suportes (7). Ao longo de todas as
barras tem orifcios (12) que permitem o encaixe de termopares.
O circuito de controle da temperatura no interior da caldeira composto
pela resistncia eltrica (3), termopar (13) e o controlador propriamente dito (10) e
indicador de temperatura.
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O projeto e a construo do conjunto de aletas, bem como dos sistemas de
controle e medidas de temperatura permitem a realizao de experincias em
regimes transiente e permanente em diferentes condies de transferncia de
calor, envolvendo mecanismos convectivos naturais e forados.
2. Operao do Equipamento:
Tem-se como meta no processo de aprendizagem do aluno o estudo da
transferncia de calor entre uma aleta e um fluido. Nesta experincia o parmetro
mais relevante o coeficiente de transferncia de calor, cujo valor dever ser
determinado em funo de diferentes condies, de acordo com o problema de
interesse em engenharia.
Neste sentido, trata-se de uma abordagem de carter didtico sobre aletas
determinando as distribuies de temperatura, o coeficiente mdio de
transferncia de calor (h) e o fluxo de calor para barras de seo transversal
circular e uniforme.
Sero utilizadas trs barras que se combinam duas a duas, isto ,
dimetros iguais e materiais de construo diferentes e dimetros diferentes,
porm construdas do mesmo material. Permitindo assim, analisar a influncia
destes fatores no fenmeno de transferncia observado. Para uma correta e
segura operao do equipamento, tem-se as seguintes instrues:
2.1. Funcionamento
Medir as dimenses das aletas. Medir a distncia dos orifcios a partir do ponto
base, considere o ponto base como o primeiro orifcio. Para realizar as
medidas utilize o paqumetro.
Ligar o controlador de temperatura/resistncia (10) na chave seletora. Ajustar
o set point do controlador no valor desejado.
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Efetuar as medidas a cada 5 minutos, da temperatura para o orifcio mais
prximo da caldeira, nas 3 aletas, a partir do instante inicial at ser atingido o
regime permanente. O tempo inicial quando o controlador acionado.
Ao atingir o regime permanente, fazer as medidas de temperatura nos
diferentes orifcios para cada aleta. Esperar estabilizao da temperatura em
cada orifcio.
Aps o trmino da experincia, desligar o controlador/resistncia (10);
2.2. Tomada de dados experimentais
Os valores obtidos por meio do procedimento descrito devem ser anotados
nas tabelas abaixo.
3. Segurana e Advertncia:
Neste experimento os aspectos atinentes segurana esto restritos aos
cuidados usuais em se manipular slido e fluido a altas temperaturas, bem como,
com instalaes eltricas.
Recomenda-se que cada termopar seja, sempre, manuseado atravs do
suporte em inox, do tipo pote, instalado em sua parte superior e, em nenhuma
hiptese, por meio do cabo de compensao do termopar. Esta advertncia visa
resguardar a fixao do termosensor contra rompimentos, o funcionamento
apropriado do sistema de medida de temperatura, bem como, a operao correta
do controlador de temperatura.
4. Sugestes para o relatrio
a) Faa uma breve reviso sobre a importncia das aletas e seus tipos.
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b) Faa um balano de energia para uma aleta cilndrica com o objetivo de
encontrar a equao geral que representa a distribuio de temperatura ao
longo da aleta. Especifique as suposies feitas.
c) Consulte os casos possveis de condies de contorno para a soluo
particular da equao de distribuio de temperatura em aletas cilndricas.
d) Procure as equaes para calcular a eficincia e de aletas.
e) Procure previamente as propriedades dos materiais das aletas a serem
estudadas no laboratrio.
f) Faa uma reviso do mtodo dos mnimos quadrados e construa uma
planilha de Excel para aplic-lo; use o comando Atingir Meta ou Solver.
g) Faa o perfil de temperatura em relao ao tempo, em estado transiente
h) Determine o coeficiente de transferncia de calor por conveco (h) das
aletas e calcule o perfil de temperatura a partir da equao.
i) Compare graficamente o perfil de temperatura (em relao posio)
experimental e o calculado. Discuta os resultados.
j) Calcule a eficincia das trs aletas.
5. Bibliografia recomendada
INCROPERA, Frank P. Fundamentos de Transferncia de Calor e de Massa, 6
Ed., LTC, Rio de Janeiro, 2007
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Dimenses das aletas Dimetro (mm) Comprimento (cm)
Alumnio
Ao inox 1
Ao inox 2
Orifcio 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Distncia (cm)
Regime transiente:
Temperatura na caldeira (C): Orifcio: 1
Tempo (min) Temperatura da aleta (C)
Alumnio Ao inox 1 Ao inox 2
falvesTexto digitadoAletas - ____/____/2015 - Grupo:
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Regime permanente:
Orifcio Temperatura (C)
Alumnio Ao inox 1 Ao inox 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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