Relatório Transferência de calor

Relatório Transferência de calor

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6ª. LISTA DE EXERCICIOS DE MCE-02 Prof. Sandro Metrevelle M. de Lima e Silva

ITAJUBÁ, 26 DE ABRIL DE 2010

1. INTRODUÇÃO

Para aumentar a taxa de transferência de calor em uma superfície sólida para um fluido adjacente pode-se aumentar a velocidade do fluido ou pode ser realiza através do aumento da área de superfície transversal a qual a convecção ocorre através do emprego de aletas (DEWITT et al., 2005).

A aplicação de superfícies aletadas está presente em diversas áreas para o resfriamento, desde processadores de computador até a refrigeração de motores.

O método utilizado para medição da eficiência de transferência de calor através de uma superfície aletada, possui alguma hipoteses:

-Todo o calor dissipado pelo aquecedor resistivo é transferido para o dissipador, considerando que não ocorra perdas pela base e pelas laterais, devido a serem isolados com madeira.

-Como é constituido do mesmo material, considera-se que a superficie exposta, bem como a superficie das aletas apresentarão a mesma distribuição de temperaturas.

Para o desenvolvimento do experimento proposto foram desenvolvidas as equações descritas a seguir para determinar a taxa de transferência de calor para a placa plana e para a placa aletada.

Taxa de transferência de calor para a placa plana

Através da equação da lei de resfriamento de Newton, descrita como a Equação 1, foi utilizada para a determinação da taxa de transferência de calor para a placa plana.

Ahq(1)

Onde, qb=taxa de transferência de calor para a placa plana; hb=coeficiente de transferência de calor por convecção médio e, W/m².K; Ab=área da placa plana; b =gradiente de temperatura entre a placa e o ambiente.

Taxa de transferência de calor para a placa aletada

Para o calculo da taxa de transferência de calor para a placa aletada foi utilizada a Equação 2, descrita abaixo:

bata qqNq ´

(2)

Onde, qta= taxa de transferência da placa aletada em W; N=número de aletas contida na placa; qa= taxa de transferência de calor para uma aleta (W); qb= taxa de transferência da placa sem as aletas (W). A Equação 3 foi utilizada para o cálculo da taxa de transferência de calor de uma aleta (qa).

Ahq(3)

baaa

Onde, qa= taxa de transferência de calor para uma aleta (W); = eficiência da aleta; ha= coeficiente de transferência de calor por convecção médio , W/m².K;

Aa= área da aleta , m². Para o calculo da eficiência da aleta ( ) foi necessário a aplicação da Equação 4.

Lm Lm

(4)

Onde, = eficiência da aleta; tanh= tangente hiperbólica; m= parâmetro da aleta;

Lc= comprimento corrigido da aleta;

Para a determinação do parâmetro m da aleta deve ser determinada pela Equação 5.

(5)

LLc

Onde,

Lc= comprimento corrigido da aleta; t=espessura da aleta , m;

A área da aleta (Aa) foi determinada pela expressão da Equação 6.

2(6)

tLtWLWAa

Onde,

Aa= área da aleta;

Lc= comprimento corrigido da aleta; t=espessura da aleta

W= comprimento da aleta; L= profundidade da aleta;

No cálculo do parâmetro m da aleta, foi utilizada a Equação 7, expressa como:

sr AK

Ph m

Onde, P= perímetro da aleta calculo pela Equação 8; K= condutividade térmica com valor de 209 W/m.K para o alumínio 6063T5;

Asr= área da seção reta definido pela Equação 9;

Para a determinação do perímetro da aleta usamos a Equação 8 que: tWP 2 (8)

A área da seção reta da aleta , definida pela Equação 9.

(9)

tWAsr

A quantidade de calor fornecida pelas fontes de alimentação continua é determinada pela relação da potência elétrica, dada pela Equação (10) .

IUP(10)

Onde, P= potência, me Watt U= tensão, em Volts; I= corrente, em Ampere

Para o cálculo do desempenho teórico (dt) do experimento executado, foi utilizada a razão entre a taxa de transferência de calor pela placa aletada (qta) e a placa plana (qb), expressa pela Equação 1.

t q

d(1)

Para o cálculo do desempenho experimental (de) da aula, foi utilizada a razão entre a potência aplicada na placa aletada (Pa) e a potencia aplicada na placa plana (Pb) apresentada na Equação 12.

e P

d(12)

A efetividade da aleta (Ԑa), definida pela razão entre a taxa de transferência de calor (qa) e a taxa de transferência de calor que existiria sem a presença da aleta, representada pela Equação 13.

bsrb

O sistema necessário para a elaboração da aula prática encontrava-se montado e em pleno funcionamento no laboratório para a estabilização da temperatura para possibilitar a realização do experimento proposto em regime permanente.

A Figura 1 mostra a montagem dos equipamentos para a realização da aula proposta.

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