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