Relatorio isolamento termico

Relatorio isolamento termico

ISOLAMENTO TÉRMICO

  1. Introdução

Nesse experimento estudaremos o isolamento térmico em cilindros sem geração de energia térmica.

Aprenderemos a olhar a função de resistência térmica, paredes cilíndricas, compostas e espessura critica de isolamento.

1.1-Condução em Cilindros:

Sistemas cilíndricos e esféricos muitas vezes apresentam o gradiente de temperatura apenas na direção radial e podem ser tratados como unidimensionais. Além disso, em condições de regime estacionário e sem a geração interna de calor, o sistema cilíndrico é analisado através do método padrão, que começa com a forma apropriada da equação do calor.

Em um cilindro oco, cujas superfícies internas e externas encontram-se expostas a fluidos a diferentes temperaturas e considerando regime estacionário sem geração interna de calor, a equação de calor é representada por:

1 d (kr dT/dr) = 0

r dr

O resultado físico desse resultado se torna evidente se também pudermos considerar a forma apropriada da lei de Fourier. A taxa na qual a energia é conduzida através de uma superfície cilíndrica qualquer no sólido pode ser expressa como:

qr = -kA dT

dr

Onde, A = área normal à direção da transferência de calor.

Resistência Térmica:

Para a condução radial em uma parede cilíndrica, a resistência térmica é dada por:

R cond = ln (r2/r1)

2пLk

Espessura crítica de isolamento:

Uma espessura ótima para o isolamento seria associada ao valor de r que minimizasse o q’ ou maximizasse o R’tot. Tal valor poderia ser obtido a partir da exigência que:

dR’tot = 0; Logo: 1___ - __1__ = 0 ou r = k

dr 2пkr 2пr^2h h

Para determinar se o resultado anterior maximiza ou minimiza a resistência total, a segunda derivada deve ser avaliada. Assim sendo:

d^2 R’tot = - ___1___ + ___1___

dr^2 2пkr^2 пr^3h

Uma vez que esse resultado é sempre positivo, segue que r = k/h é o raio do isolamento para a qual a resistência total é um mínimo, não um máximo. Logo, a espessura ótima do isolamento não existe.

Do resultado acima, faz mais sentido pensar em termos de um raio crítico de isolamento.

R crítico = k

h

Portanto, R crítico < que o raio do sistema, qualquer quantidade de isolante instalada reduzirá a taxa de transferência de calor.

  1. Objetivos

Determinar experimentalmente a condutividade térmica do polietileno expandido, o coeficiente de transferência de calor entre a superfície externa do isolante e o ambiente e o raio crítico do isolamento.

  1. Materiais

Tubo de cobre com diâmetro externo de 28 mm e comprimento de 1000 mm, no interior do qual está inserida uma resistência elétrica.

Isotubo de polietileno expandido com espessura de 10 mm, sobreposto ao tubo de cobre.

Termopares tipo T fixados nas superfícies interna e externa do polietileno.

Voltímetro, amperímetro, milivoltímetro, chave seletora.

  1. Procedimento Experimental

Verificar a posição dos termopares.

Ligar o aquecimento elétrico.

Medir a temperatura ambiente: Tamb = 29,60ºC.

Aguardar o sistema entrar em regime permanente e efetuar as medidas constantes nas tabelas 1 e 2. Isso pode levar algumas horas.

Tabela 1 – Temperaturas do isolante

Posição dos termopares

Força eletromotriz (mV)

Temperatura (oC)

(externo)1

0,37

38,5

(externo)2

0,34

37,8

(externo)3

0,36

38,2

(interno)4

0,80

48,6

(interno)5

0,91

51,2

(interno)6

0,82

49,1

Tabela 2 – Potência Elétrica

Diferença de potencial(V)

Corrente elétrica (A)

Potência elétrica (W)

14

0,56

7,84

Esquema da Pratica

  1. Conclusão

Em comparação dos valores obtidos no experimento da condutividade térmica do polietileno (Kisolamento= 0,0586W/m.K )com o valor tabelado (Ktabelado=0,035W/m.K), notamos uma diferença de 67%. As possíveis causas dessa diferença são:

- Prováveis erros nas medições de temperatura ambiente e dos termopares, este último devido às variações do multímetro;

- Erros devido a arredondamento de valores;

- Defeitos na vedação do isolante pelas chapas de alumínio;

Como o raio crítico calculado (rc= 9,456 mm) é menor que o menor raio do sistema (ri= 16 mm), qualquer quantidade de isolante irá aumentar a resistência e reduzirá a taxa de transferência de calor.

  1. Anexo

Figura 1 – Propriedades do Polietileno

Figura 2 – Ilustração da Prática

  1. Bibliografia

    • INCROPERA, P.Frank, Fundamentos de Transferência de Calor e Massa,

Rio de Janeiro 2003

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