Trabalho  experimental  de  Transferência  de  Calor    

 

Trabalho experimental de Transferência de Calor – Condutividade térmica  

 

DFI-Civil 2014/15  Trabalho Experimental: Condutividade Térmica

Objetivos Caracterização de diferentes parâmetros associados à transmissão de calor; Determinação do coeficiente de condutividade de diferentes materiais; Determinação do coeficiente global de transferência de calor. Introdução Tomando a resistência térmica total entre dois pontos de temperatura de ar (interior e exterior):  

   

O inverso desta resistência térmica superficial total representa o coeficiente global de

transmissão de calor (U), que existe tabelado para paredes típicas: U =1Rtotal

Através da combinação destas equações pode-se obter a carga térmica associada a uma parede por:

 

 Finalmente através do cálculo da carga térmica, podemos determinar o valor do fluxo de calor (quantidade de energia que flúi por unidade de tempo) através da superfície (de área A)

considerada:   AqQtE

⋅==Δ

Δ

 Trabalho experimental: Material necessário: 1 Casa Térmica (superfície de esferovite, madeira e vidro duplo com Δx = 2 cm; superfície de vidro simples com Δx = 6 mm); 1 cronómetro; 2 termómetros digitais; 4 termopares sem revestimento; 1 termóstato.

Rtotal = RarI + Rparede + RarE

( )arEarI TTUq −⋅=

 Trabalho  experimental  de  Transferência  de  Calor    

 

Trabalho experimental de Transferência de Calor – Condutividade térmica  

Procedimento experimental:  1. Antes de iniciar a experiência fazer a identificação de todo o material.

2. Introduzir uma das pontas do termopar através de um dos orifícios da casa térmica (ver

figura) para que ele penetre pelo menos 5 cm no seu interior mas de modo a que a lâmpada interna não incida diretamente sobre o mesmo. Este termopar vai permitir registar os valores da temperatura de ar junto ao interior da casa.

3. Caso não estejam já ligados, com cuidado e pedindo ajuda ao professor, abrir a casa térmica e colocar as ligações dos outros dois termopares que vão medir a temperatura nas duas superfícies (exterior e interior) do material que se pretende estudar. Fechar a casa térmica.

4. Regular o termóstato (equipamento que permite manter a temperatura interna constante) para o seu valor máximo.

5. Ligar o termóstato à tomada elétrica para que a lâmpada interna aqueça a casa. 6. Aguardar a estabilização da temperatura no interior da casa (o que demora

aproximadamente 70 minutos, se estiver completamente fria). Verificar se a temperatura se encontra estabilizada através da leitura dada pelo primeiro termopar.

7. Após a estabilização, registar as temperaturas ( SIT , SET , arIT e arET ) de minuto a minuto (fazer 6 conjuntos de leituras) tendo em atenção o funcionamento do termóstato (ligar / desligar).

8. Calcular, para cada conjunto de medidas, as cargas térmicas e o coeficiente de condutividade térmica k para o material estudado. Comparar com os valores tabelados:

9. Comparar o valor obtido experimentalmente para o coeficiente de condutividade térmica

do material que constitui a parede, com o valor tabelado. Calcular o desvio associado ao valor determinado.

10. Determinar a resistência térmica superficial total (não esquecendo que a casa térmica se encontra dentro do laboratório e portanto deverá ser utilizada a resistência térmica superficial interior de ambos os lados).

11. Determinar o coeficiente global de transferência de calor U associado. 12. Determinar a quantidade de calor que passou através da superfície durante o intervalo de

tempo considerado.

Material k (W. m-1 . K-1) Esferovite 0,035-0,041 Madeira 0,14 Vidro simples 0,7-1,1