BAC014 - Roteiro da Prática 1 - Turmas PG e PH

BAC014 - Roteiro da Prática 1 - Turmas PG e PH

BAC014–1ªPraticaem Engenharia de Fluidos–TurmasPG e PH – Prof. Rogerio

Exercício: Determinação da condutividade térmica

(Constante de proporcionalidade )

Objetivo

Determinar a condutividade térmicak ( constante de proporcionalidade ) de um corpo de prova metálico ( bom condutor )

Método

Medição da diferença detemperatura através de um corpo de prova metálico resultante de um fluxo de calor estacionário conhecido através do corpo de prova e utilizando a Equação da Taxa deFourierpara calcular a sua condutividade térmica.

Equipamentos necessários Unidade de serviço de transferência de calor HT10XC Acessório de condução linear de calor compatível com computador HT11C

( Ou Acessório de condução linear de calor HT11)

Equipamentos opcionais PC executando WindowsTM98, 2000 ou XP

( SFT2 Sensor de vazão em caso de utilização do HT11)

Preparação dos equipamentos

Antes de executar o exercício, certifique-se de que os equipamentos foram preparados como segue:

Posicione o acessório de condução linear de calor HT11C (1) com a Unidade de serviço de transferência de calor HT10XC ( 20 ) sobre uma bancada adequada.

Prenda a seção intermediária em aço inoxidável ( sem nenhuma instrumentação) entre a seçãoaquecidae a seção refrigerada do HT11C com a aplicação leve de pasta térmica nas faces de contato ( vejaAplicação de pasta térmica)

. Tome cuidado para posicionar os ressaltos rasos nas seções antes da fixação.

Conecte os oito termopares no HT11C (3) nos soquetes apropriados na parte frontal da unidade de serviço ( 30 ) . Verifique se as etiquetas nos fios dos termopares ( correspondem às etiquetas nos soquetes. Nota:as medições dos termopares T4 e T5 não serão utilizadas nesse exercício

Ajuste o potenciômetro VOLTAGE CONTROL ( 23 ) na posição mínima ( sentido anti- horário ) eo botão seletor em MANUAL. A seguir, conecte o fio de força do HT11C (4) soquete marcado como OUTPUT 2 na parte traseira da unidade de serviço ( 3 )

Conecte a válvula de controle de vazão de água fria ( 1 ) no soquete marcado como na parte traseira do console da HT10XC.

Conecte o sensor de taxa de vazão de água fria (9) no soquete marcado como Fw na parte frontal do console da HT10XC.

Ajuste o botão AUXILIARY CONTROL ( 26 ) na unidade de serviço na posição mínima ( sentido anti-horário )

. A seguir, conecte o fio de força da válvula de controle de vazão de água fria ( 1 ) no soquete AUXILIARY POWER na parte traseira da unidade de serviço ( Não pertinente em caso de utilização do HT11)

. Verifique se uma alimentação de água fria está conectada à entrada da válvula reguladora de pressão no HT11C ( 13 )

Verifique se o tubo de saída flexível de água de refrigeração está direcionado para um ralo de drenagem adequado.

Verifique se a unidade de serviço está conectada na alimentação elétrica.

Ligue a chave MAINS na unidade de serviço ( 21 )

. Em caso de utilização de um computador para registro de dados e/ou operação no computador utilizando o cabo

USB fornecido e ajuste o botão seletor no console ( 2 ) para REMOTE. (

Se um computador não vai ser utilizado, deixe o botão seletor em MANUAL)

. Teoria/Fundamentos

As seções aquecida, intermediária e refrigerada são fixadas entre si de modo que as faces de extremidade ofereçam um bom contato térmico e crie uma barra composta com uma condutividade térmica desconhecida,"ensanduichada” entre duas seções de latão.

Da Lei deFourier: Q= kintAint

Tint onde tint = ( Tfacequente – Tfacefria ) and xint xint é o comprimento do corpo de provaintermediário( = 0,03 m ) portanto kint= Q xint

Aint = ( Tfacequente – Tfacefria )

Os termoparesT3eT6se localizam a7,5mmdas faces de extremidade comparado a uma distância de15mmentre os termoparesadjacentes( metade da distância)

, portanto:

No caso da seção aquecida, a temperatura da face de extremidade( face quente) será menor queT3e pode ser calculada como segue:

Tfacequente = T3-

No caso da seção refrigerada, a temperatura da face de extremidade ( face fria) será maior que T6 e pode ser calculadacomo segue:

Procedimento

Consulte a seção Operação se precisar de detalhes sobre a instrumentação e como operá-la. ) facequente facefria quente int int frio

Ligue a chave MAINS ( 21 ) . ( Se os visores no painel não acendem, verifique o RCD ( 35 ) parte traseira da unidade de serviço ( 35 ) . A chave deverá estar voltada para cima.)

Em caso de utilização de um computador, verifique se o software indica IFD OK no canto inferior direito da janela.

Ligue a água de refrigeração e ajuste a válvula de controle de vazão ( e NÃOo regulador de para forneceraproximadamente1,5 litro/min. Em caso de utilização do software, a taxa de vazão deverá ser controlada utilizando-se a caixa de controle na janela do diagrama

mímico do software. A taxa de vazão poderá ser monitoradana tela do software. (

Se o software não é utilizado, use o botão seletor para exibir a taxa de vazão no visor do painel do console e controle o ajuste da válvula utilizando o botão AUXILIARY CONTROL. Em caso de utilização do HT11, a taxa de vazão de água fria será controlada utilizando-se a válvula de controle manual próxima à coluna da seção de teste)

. Ajuste a tensão do aquecedor em 9 V:

Em caso de utilização do computador, informe a tensão na caixa de exibição do aquecedor ou utilize as setas da caixa decontrole.

Em caso de utilização do console, ajuste o potenciômetro de controle da tensão para obter uma leitura de 9 V no visor do painel superior com o botão seletor colocado na posição V.

Deixe o HT11C estabilizar. Em caso de utilização de um computador, monitore as temperaturas na tela do diagrama mímico do software. (

Em caso de operação manual do equipamento utilizando o console, use o botão seletor inferior no console para ajustar o visor do console para cada sensor de temperatura por vez)

. Quando astemperaturas estiverem estabilizadas, registre: Quando as temperaturas estiverem estabilizadas, selecione o íconeno software para registrar: T1, T2, T3, T6, T7, T8, V, I, Fw.

Em caso de operação do equipamento utilizando o console, esses valores deverão ser registrados manualmente. Fw não estará disponível em caso de utilização do HT11, exceto se o sensor de vazão opcional SFT2 estiver instalado)

Ajuste a tensão do aquecedor em 12 V. Deixe o HT11C estabilizar e, a seguir, repita as medições acima. Resultados e cálculos

Para esse exercício, os dados brutos são tabulados sob os títulos abaixo:

Tensão do aquecedorVV

Corrente do aquecedorIA

Temperatura alta da seção aquecidaT1( °C ) Temperatura intermediária da seção aquecidaT2( °C ) Temperatura baixa da seção aquecidaT3( °C ) Temperatura alta da seção refrigeradaT6( °C )

Temperatura intermediária da seção refrigerada

T7 ( °C ) Temperatura baixa da seção refrigeradaT8( °C ) Taxa de vazão da água de refrigeraçãoFw( l/min )

Se o sensor SFT2 estiver instalado

Será preciso estimar também e registrar os erros experimentais dessas medições Para esse exercício, as seguintes constantes se aplicam:

Comprimento do corpo de prova de alumínio∆xint= 0,030(m) Diâmetro da barraDint= 0,025(m)

Nota: A distância entre cada termopar é de 0,015 m A distância entre os termopares T3 ou T6 e a face de extremidade é de 0,0075 m A condutividade das seções de latão é aproximadamente 121 W/m°C

Para cada conjunto de medições, os resultados derivados são tabulados sob os títulos a seguir:

Fluxo de calor ( potência do aquecedor) Q = V I( Watts ) Área da seção transversal( m2 )

Temperatura da face quente do corpo de prova Tfacequente = T3-

Temperatura da face fria do corpo de

prova Tfacefria = T6+ (

Diferença de temperatura através do corpo de prova∆Tint= Tfacequente-Tfacefria °C

Condutividade térmica do corpo de prova kint = Q∆xint

Estime a influência cumulativa dos erros experimentais em seus valores calculados para Q, ∆int, Tfacequente,∆Tinte kinte nos valores medidos para Dintexint.

Compareos valores obtidos da Condutividade Térmicakintnos diferentes ajustes de fluxo de calor através do corpo de prova.

Elabore um gráfico de temperatura versus posição ao longo da barra e desenhe a melhor linhareta através dos pontos para as seções aquecida e refrigerada. Extrapole cada linha até a junção com a seção intermediária. A seguir, una esses dois pontos para obter o gradiente através da seção intermediária. Seu gráfico deverá ser similar ao diagrama abaixo:

Observe que o gradiente de temperatura diminui na seção de alumínio por causa da maior condutividade térmica do material ( menor resistência ao fluxo de calor)

. Meça o gradiente detemperatura através da seção de alumínio a partir do gráfico e, a seguir, calcule a condutividade térmica utilizando ogradiente médio. Compareo valor obtido comaquele previamente calculado.

Seus resultados deverão fornecer valores aproximados de 180 W/m°C para a condutividade térmica do alumínio, supondo a inexistência de perdas de calor no equipamento. Como uma pequena quantidade de perda de calor é inevitável à medida que a temperatura da barra aumenta, o valor calculado da condutividade irá aumentar em temperaturas operacionais mais altas.

Nota:A condutividadetérmica de ummaterialalternativo pode ser determinada por meio da repetição do exercício utilizando uma amostra preparada domaterialnecessário.

Conclusões

Você demonstrou como a equação da taxa de Fourierpode ser utilizada para determinar a condutividade térmica de ummaterialsólido se a diferença detemperatura ea taxa de fluxo de calor domaterialsão conhecidas.

Comente o efeito da precisão de medição e da perda de calor do equipamento em seus resultados calculados e quaisquer diferenças entre os resultados de cada seção.

quente frio ALUMÍNIO

Figura 1 Vista lateral do HT11C Figura 1 Vista lateral do HT11C

Figura 2 Vista superior do HT11C Figura 2 Vista superior do HT11C

Figura 3 Vista frontal do HT10XC Figura 4 Vista traseira do HT10XC

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