atps transferência de calor - etapa 1 e 2

8/10/2019 ATPS Transferncia de Calor - Etapa 1 e 2

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Anhanguera-Ribeiro Preto

2014

ATPS

TRANSFERNCIA DE CALOR

Etapas 1 e 2

Engenharia Mecnica 7/8 E

Docente: Daniela Mica Espimpolo

Faculdades Anhanguera Ribeiro Preto

Engenharia Mecnica


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ATPS

TRANSFERNCIA DE CALOR

Etapas 1 e 2

Engenharia Mecnica 7/8 E

Docente: Daniela Mica Espimpolo

Aldair Rodrigues Leal RA: 3206499933 - 7 E

Alessandro A. de Oliveira - RA: 1158385067 - 8 E

Alexandre BelchiorRA: 3233546573 - 7 E

Denis Reis MoreiraRA 323354763 - 7 E

Emerson Alex Sponchiado RA: 3243561449 - 7 E

Emerson Henrique Salgado RA: 1107303359 - 8 E

Marcelo Nunes da Silva RA: 1099597865 - 7 E

Faculdades Anhanguera Ribeiro Preto

Engenharia Mecnica


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Sumrio

MECANISMOS DE TRANSFERNCIA DE CALOR ...................................... 2

Relatrio 1: Introduo ao estudo de transferncia de Calor ............................... 2

1. Radiao .................................................................................................... 2

2. Conduo ................................................................................................... 3

3. Conveco.................................................................................................. 4

Isolantes Trmicos ............................................................................................... 5

1. L DE ROCHA ......................................................................................... 6

2. Cortia........................................................................................................ 8

3. L de Vidro ................................................................................................ 9

Relatrio 2: Experimentos de mecanismos de transferncia de calor .................. 9

BIBLIOGRAFIA .................................................... Erro! Indicador no definido.


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MECANISMOS DE TRANSFERNCIA DE CALOR

RELATRIO 1: INTRODUO AO ESTUDO DE TRANSFERNCIA DECALOR

Existem 3 mecanismos de transferncia de calor conhecidos: radiao, conduo e

conveco (fig.1).

Figura 1: Fig. Padro para demonstrao dos Mecnicos de transferncia de calor.

1. Radiao

A transmisso de energia atravs do espao chamada radiao. Este processo de

transmisso do calor no depende da presena de um meio material, podendo ocorrer atravs

do vcuo. A energia solar, por exemplo, chega at ns dessa forma.

A energia transmitida deste modo denominada energia radiante e apresenta-se na

forma de ondas eletromagnticas, assim como as ondas de rdio, as micro-ondas, a luz visvel,

a radiao ultravioleta (UV), os raios X e os raios gama. Essas formas de energia radiante esto

classificadas por ordem de comprimento de onda (ou de frequncia) constituindo o espectro

eletromagntico.

A transferncia de calor por radiao geralmente envolve a faixa do espectro

conhecida por infravermelho (IV). Qualquer objeto libera energia radiante. Objetos a uma maiortemperatura liberam mais energia radiante que objetos a uma menor temperatura (fig.2).


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Figura 2

As qualidades fsicas de um objeto determinam a capacidade do mesmo absorver

ou refletir radiao. Via de regra, superfcies rugosas e, ou, opacas so bons absorvedores de

calor radiante, sendo portanto, facilmente aquecidos por radiao. Superfcies lisas e polidas

so usualmente bons refletores de modo que no permanecem eficientemente aquecidas.

Objetos que so bons absorvedores, frequentemente so bons emissores. Objetos que so bons

refletores, frequentemente so pobres emissores. Da mesma forma objetos de cor escuraabsorvem melhor a energia radiante do que objetos de cor clara.

2. Conduo

Tipo de propagao do calor que consiste na transferncia de energia trmica entre

as partculas que compe o sistema. Por exemplo: coloca-se uma das extremidades de uma barra

metlica na chama de fogo. Aps alguns instantes, percebe-se que a outra extremidade tambm

esquenta, mesmo estando fora da chama de fogo. Esse fato ocorre porque as partculas que

formam o material receberam energia e, dessa forma, passaram a se agitar com maior

intensidade. Essa agitao se transfere de partcula por partcula e se propaga em toda a barra

at alcanar a outra extremidade.

Esse tipo de transferncia ocorre com maior ou menor facilidade dependendo da

constituio atmica do material, a qual faz com que ele seja classificado condutor ou isolante

de calor. Nas substncias condutoras esse processo de transferncia acontece mais rpido como,


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por exemplo, nos metais. J nas substncias isolantes, como na borracha e na l, esse processo

muito lento (fig.3).

Figura 3

3. Conveco

A conveco somente ocorre em lquidos e gases. Consiste na transferncia de calor

dentro de um fludo atravs de movimentos do prprio fludo. O calor ganho na camada mais

baixa da atmosfera atravs de radiao ou conduo mais frequentemente transferido por

conveco. A conveco ocorre como consequncia de diferenas na densidade do ar. Quando

o calor conduzido da superfcie relativamente quente para o ar sobrejacente, este ar torna-se

mais quente que o ar vizinho. Ar quente menos denso que o ar frio de modo que o ar frio e

denso desce e fora o ar mais quente e menos denso a subir. O ar mais frio ento aquecido

pela superfcie e o processo repetido.

Desta forma, a circulao convectiva do ar transporta calor verticalmente da

superfcie da Terra para a troposfera, sendo responsvel pela redistribuio de calor das regies

equatoriais para os polos. O calor tambm transportado horizontalmente na atmosfera, por

movimentos convectivos horizontais, conhecidos por adveco. O termo conveco

usualmente restrito transferncia vertical de calor na atmosfera (fig.4).


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Figura 4

Figura 5

ISOLANTES TRMICOS

O Termo isolante trmico utilizado para descrever todos os materiais que possuem

menor capacidade de transferncia de calor, tendo em vista que no existe um isolante trmico

perfeito haja vista que todos os materiais tendem a conduzir calor. Isolante trmico funciona

como barreira transferncia de calor entre dois meios que tenderiam naturalmente ao

equilbrio de suas temperaturas.

O Vcuo o que mais se aproxima de condies perfeitas para isolao trmica,

entretanto, como vimos anteriormente, a irradiao consegue utiliza-lo como condutor, mesmo

assim o melhor isolante, entretanto, aplicado em poucas ocasies, tendo em vista o grau de

dificuldade para obte-lo e manter suas condies, por esse motivo utiliza-se o Ar, que graas a

sua baixa condutibilidade trmica e um baixo coeficiente de absoro de irradiao, umelemento muito resistente a transmisso de calor.


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Baseado na ideia anterior, portanto, so utilizados como isolantes trmicos

materiais mais porosos ou fibrosos, que so capazes de imobilizar o ar seco, tendo uma maior

eficincia da isolao trmica.

Existem diversos materiais slidos que funcionam como bons isolantes trmicos, o

que depender da utilizao, da temperatura de trabalho, local da instalao etc. Exemplos, l

de polister, l de rocha, fibra de vidro, perlita expandida, vidro celular, aglomerados de cortia

etc.

1. L DE ROCHA

Figura 6

Encontrada, normalmente, em forma de placa ou manta, a l de rocha feita de

fibras minerais de rocha vulcnica. O material no retm gua, por causa de sua estrutura no

capilar, e no sofre alteraes diante de eventuais condensaes. Por suas caractersticas, a l

de rocha excelente para isolamento trmico e acstico, e ainda incombustvel, incuo e

perene.

O produto fabricado a partir de rochas baslticas especiais e outros minerais.

Aquecidos cerca de 1,5 mil C, so transformados em filamentos que, aglomerados com

solues de resinas orgnicas, permitem a fabricao de produtos leves e flexveis at aqueles

mais rgidos, dependendo do grau de compactao.

Fabricada em todo o mundo, a l de rocha, devido a suas caractersticas termo-

acsticas, atende os mercados industrial e automotivo, entre outros. Garante conforto ambiental,


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segurana e aumento no rendimento de equipamentos industriais, gera economia de energia

com aumento de produtividade.

Algumas das vantagens do material so a resistncia ao fogo, proteo,

custo/benefcio favorvel, absoro acstico e segurana. O produto fcil de manusear, tem

boa resilincia (recupera a espessura original aps a retirada da fora que causou a deformao),

resistente a vibraes e quimicamente neutro.

Como possuem baixa condutividade trmica, reduzem o fluxo (ou troca) de calor

entre a superfcie interna e externa isolada. J a estrutura fibrosa, de elevados ndices de

absoro acstica, torna possvel a sua utilizao na reduo do rudo na fonte ou como auxiliar

na reduo na transmisso de som entre ambientes.

A l de rocha basltica pode ser aplicada sob coberturas, sobre forros vazados, sobre

forros falsos, entre telhas metlicas, entre alvenarias e entre divisrias.

O material foi classificado no Grupo 3 (Material no Cancergeno), segundo

relatrio da IARC (International Agency for Research on Cancer). A IARC, sediada em Lyon,

na Frana, um rgo pertencente Organizao Mundial da Sade da ONU.

Desvantagens

Pequenos problemas podem surgir durante a instalao do isolamento. Ao manusear

a l de rocha, evite o contato direto com as mos. Embora no represente um perigo imediato,

isso pode resultar em prurido, e desconfortos menores. Alm disso, poeira pode ser liberada ao

instalar a l de rocha, use mscaras e culos de proteo adequados, para evitar acidentes ou

ferimentos, e tenha uma ventilao adequada.


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2. Cortia

Figura 7

A cortia o material com efeito isolante mais antigo que se conhece. E dentro dos

materiais ecolgicos, o mais procurado. Para alm de ser um ptimo isolamento trmico o

ideal para servir de isolamento acstico. Parte dos estdios de msica, por exemplo, usam acortia para isolar o som. Funciona tambm como anti-vibrtico, ou seja, um material que

aplicado em edifcios com vibraes, mquinas e aparelhos de msica, com a funo de

absorver as vibraes que so transmitidas.

Desvantagens

A nica desvantagem que os utilizadores de cortia colocam o facto de ser mais

cara. No entanto, tm a garantia de que daqui a 60 ou 70 anos, tenham o seu isolamento de

cortia tal e qual como estava quando compraram, da se tratar de um investimento a longo

prazo.


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3. L de Vidro

A l de vidro, por suas propriedades fsicas e qumicas, um dos mais tradicionais

isolantes trmicos usados no mundo. Na construo civil, tem contribudo para a obteno do

conforto trmico e acstico das edificaes comerciais e residenciais.

Alm disso, o isolamento trmico tambm possibilita o uso racional de energia nas

edificaes, principalmente nos sistemas de ar-condicionado, pois possibilita o uso de

equipamentos de menor porte (menor investimento), diminuindo o consumo.

A l de vidro um componente fabricado em alto forno a partir de slica e sdio,

aglomerados por resinas sintticas, desenvolvidas especificamente para melhorar o isolamento

termo acstico do edifcio.

comercializada em rolos e em painis, havendo uma diversidade de densidades e

espessuras, que adequam-se a cada necessidade.

Desvantagens

Cuidados na aplicao, pois a l de vidro pode causar coceiras e desconfortos.

RELATRIO 2: EXPERIMENTOS DE MECANISMOS DE TRANSFERNCIADE CALOR

Materiais Utilizados:

2 Copos Plsticos 150ml


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50ml de gua

Vela comum

Termmetro comum (caseiro de medir febre) Cronometro (utilizado o do celular)

Procedimento Inicial:

Colocar um dos copos sobre um suporte de modo que ele fique a uma

distncia de 5cm da vela.

Ascender a vela e ao mesmo tempo cronometrar, observar os resultados.

OBS: Cuidamos para no colocar fogo no ambiente.

Procedimento Secundrio:

Colocar o outro copo com 50ml de gua sobre um suporte de modo que ele

fique a uma distncia de 5cm da vela.

Ascender a vela e ao mesmo tempo cronometrar, observar os resultados.

Resultados Obtidos:

Procedimento Inicial:Percebemos que com menos de 15 segundos o copo passoua derreter.

Dados Obtidos:

Tempo Temperatura Observaes Visuais

0s 30C n/c

5s 40C Nada observado.

12s * O copo comeou a abrir buracos, como se iniciasse o

processo de derretimento.


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15s * O copo comeou a derreter, 1 gota do plstico derretido.

* No foi possvel medir a temperatura pois o termmetro possui uma escala de30C a 40C, porm em pesquisa na internet, de acordo com o fabricante do copo (Copobras, a

temperatura de fuso dos copos, de acordo com as normas tcnicas de 145C)

Concluso: Conclumos que houve o processo de transferncia de calor por 3

meios, conveco pelo fato da distncia da vela aquecer rapidamente o copo, por radiao,

tendo em vista que todas substancias as emitem, por conduo pelo fato do termmetro estar

encostado no fundo do copo.

A transferncia de calor se deu de forma rpida, pois a alta temperatura da chama

(em torno de 1000C) e a baixa espessura do material do copo, e o principal componente ao

redor do copo e ser o ar, que tem uma baixa taxa de troca de calor, fez com que o copo, no

conseguisse trocar o calor recebido da chama com ar a sua volta na mesma velocidade com que

recebia da chama, fazendo com que sua temperatura subisse e consequentemente chegasse a

seu ponto de fuso, fazendo com que o copo derretesse.


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Procedimento Secundrio:Tivemos que pr-aquecer a agua at uma temperatura de 32C

devido a escala do termmetro para iniciar os procedimentos, e dessa forma ter parmetros

iniciais.

Dados Obtidos:

Tempo Temperatura Observaes Visuais

0s 32C n/c

60s 35C n/c

120s 38C n/c

150s 40C n/c

180 42C n/c


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210s * n/c

* No foi possvel medir a temperatura pois o termmetro possui uma escala de30C a 40C, porm em pesquisa na internet, de acordo com o fabricante do copo (Copobras, a

temperatura de fuso dos copos, de acordo com as normas tcnicas de 145C)

Concluso: Conclumos que houve o processo de transferncia de calor por 3

meios, conveco pelo fato da distncia da vela aquecer o copo, por radiao, tendo em vista

que todas substancias as emitem, por conduo pelo fato da agua do copo estar em contato com

a superfcie deste, e por conduo entre a gua e o termmetro.

Ao contrrio do procedimento primrio, a transferncia de calor entre o copo e o

meio com o qual ele tinha contato, no caso a gua, se deu de forma mais rpida, fazendo com

que a gua, que possui uma taxa de transferncia de calor maios que o do ar, recebe de forma

mais rpida a temperatura do copo, fazendo com que o mesmo no atingisse o seu ponto de

fuso, consequentemente no o derretesse.

Explicao Terica:

O que determina a temperatura de um material a quantidade de energia trmica

que o material possui. Fornecendo mais energia trmica para o material, sua temperatura

aumenta. A chama de uma vela uma fonte contnua de energia trmica enquanto a vela estiver

acesa. Ento, se colocamos um objeto prximo chama ou na chama da vela, este objeto est

recebendo energia trmica continuamente. Portanto sua temperatura deveria aumentar

continuamente enquanto houver fornecimento de energia trmica para o objeto. No entanto, se

colocamos um pedao de ferro na chama de uma vela, a temperatura do pedao de ferro no

aumentar continuamente, pois se isso ocorresse aconteceria a fuso do ferro, assim como

ocorre a fuso do gelo quando sua temperatura aumenta alm de zero graus Clcius. O que

acontece que sempre que houver desequilbrio de temperatura, a energia trmica se propagar

de um lugar de maior temperatura para um lugar de menor temperatura. por isso que a barra

de ferro colocada na chama da vela no se aquece continuamente, pois a energia trmica se

dissipa pelo ambiente que possui uma temperatura menor que o ferro aquecido. No coditiano

h situaes em que precisamos conter a dissipao de energia trmica pelo ambiente. o caso

das garrafas trmicas e das roupas de l que usamos no inverno. H outras situaes em que

precisamos que a energia trmica seja dissipada pelo ambiente, como no caso dos motores dos


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carros, em que h a necessidade de sistemas de refrigerao para que a temperatura do motor

no aumente a ponto de ocorrer a fuso das peas do motor.


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Bibliografia

Portal dos Laboratrios Virtuais de Processos Qumicos. [Online] [Citado em: 18de 09 de 2014.]

http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=248&Ite

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Prof. Carlos Boabaid Neto, M. Eng. 2010.Instituto Federal de Santa Catarina.

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http://penta3.ufrgs.br/CESTA/fisica/calor/.

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