Aula Prática Transferência de Calor e Massa

Aula Prática Transferência de Calor e Massa

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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA

Unidade: U1_CONDUÇÃO_DE_CALOR

Aula: A1_CONDUÇÃO_UNIDIMENSIONAL_EM_REGIME_ESTACIONÁRIO

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

Determinar a distribuição de temperatura em condições estacionárias na condução

unidimensional; Avaliar os parâmetros que interferem na condução de calor; Calcular a

condutividade térmica dos materiais.

SOLUÇÃO DIGITAL:

LABORATÓRIO VIRTUAL ALGETEC – SIMULADOR: “EXPERIMENTOS DE CONDUÇÃO

LINEAR”

O laboratório virtual é uma plataforma para simulação de procedimentos em laboratório e deve

ser acessado preferencialmente por computador.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Procedimento/Atividade nº 1

EXPERIMENTOS DE CONDUÇÃO LINEAR

Atividade proposta: Neste experimento, você conhecerá mais sobre o fenômeno de transporte

de energia (calor) entre corpos em contato, e os parâmetros relacionados a essa troca de energia

térmica, tais como a geometria dos corpos (área de contato e comprimento), o material e

gradiente de temperatura entre os corpos.

Procedimentos para a realização da atividade:

Neste experimento você utilizará exaustor, aquecedor, pasta térmica, Wattímetro, unidade de

aquisição de dados e corpos de prova cilíndricos de diferentes materiais. O corpo de prova

cilíndrico deverá ser enroscado no aquecedor, em um dos lados, e no exaustor, do outro. Nas

superfícies de contato será aplicada uma pasta térmica com o intuito de auxiliar a transmissão de

calor através das interfaces. A potência do aquecedor será ajustada em um determinado valor e

os valores de temperatura serão indicados pelo software do sistema de aquisição de dados. A

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Público

partir desses dados e das informações acerca da geometria e do material, poderá ser calculada

o calor transferido e a condutividade térmica de cada um dos materiais. Vamos aos detalhes:

1. MONTANDO O MÓDULO DE CONDUÇÃO

Visualizar a mesa: Use a câmera “Mesa” no painel superior esquerdo ou o atalho Alt+3.

Aplicar pasta térmica: Clique com o botão direito sobre o cilindro de alumínio e selecione

“Passar pasta térmica”. Repita para o cooler.

Encaixar componentes: Encaixe o cilindro de alumínio no aquecedor e conecte o cooler ao

módulo, ambos clicando com o botão direito e selecionando as opções respectivas.

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Público

2.

CONECTANDO OS CABOS

Visualizar a unidade de aquisição: Use a câmera “Unidade de aquisição” ou o atalho Alt+4.

Conectar cabos:

 Conecte o cooler ao módulo.

 Conecte o sensor inferior ao canal T2 e o canal T3 ao sensor superior na unidade de

aquisição de dados

3.

COLETANDO DADOS DE TEMPERATURA

Ligar a fonte de alimentação: Clique no botão “liga / desliga”.

Visualizar o computador: Use a câmera “Computador” ou Alt+2.

Selecionar material e iniciar aquisição:

 Escolha “Alumínio” no menu de materiais.

 Clique em “Iniciar Aquisição” para começar a coleta de dados.

Ajustar parâmetros:

 Alterar a intensidade do aquecedor arrastando o botão de intensidade.

 Ajustar a escala de tempo arrastando o botão de escala de tempo.

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Público

4.

ENSAIANDO OUTROS MATERIAIS

Parar aquisição de dados: Clique em “Parar Aquisição”.

Trocar componentes:

 Retire o cooler e o cilindro de alumínio, utilizando as opções do menu ao clicar com

o botão direito.

 Repita o processo para ensaiar cilindros de cobre e aço, seguindo os mesmos

procedimentos.

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Público

Avaliando os resultados:

Com base no experimento realizado, responda:

1. Explique o papel da pasta térmica na transferência de calor em sistemas que utilizam

componentes como coolers e aquecedores. Por que é importante aplicar a pasta de

maneira adequada entre superfícies metálicas?

2. Descreva como diferentes materiais (como alumínio, cobre e aço) afetam a eficiência da

transferência de calor em um sistema de refrigeração ou aquecimento. Quais

propriedades físicas desses materiais influenciam diretamente seu desempenho térmico?

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Público

3. Analise a importância do controle de temperatura e a utilização de sensores em um

experimento de transferência de calor. Como a posição dos sensores (superior e inferior)

pode afetar a precisão dos dados coletados?

4. Discuta as principais diferenças entre condução, convecção e radiação na transferência

de calor. Em qual desses mecanismos a utilização de materiais como alumínio e cobre

desempenha um papel mais crítico? Justifique sua resposta.

5. Avalie os fatores que devem ser considerados ao selecionar um material para sistemas

de refrigeração industrial. Como as propriedades térmicas e mecânicas do material

influenciam na escolha de componentes como cilindros e coolers?

Checklist:

 Acessar seu AVA;

 Clicar no link do experimento EXPERIMENTOS DE CONDUÇÃO LINEAR;

 Garantir a Segurança e Preparação do Experimento;

 Verificar equipamentos: cilindros (alumínio, cobre, aço), cooler, aquecedor, sensores,

unidade de aquisição, fonte de alimentação, computador;

 Aplicar pasta térmica no cilindro e no cooler;

 Encaixar o cilindro no aquecedor;

 Conectar o cooler ao módulo;

 Conectar sensor inferior ao canal T2 e sensor superior ao canal T3;

 Ligar fonte de alimentação;

 Selecionar material do cilindro (ex.: alumínio);

 Iniciar aquisição de dados;

 Ajustar intensidade do aquecedor e escala de tempo, se necessário;

 Parar aquisição de dados;

 Retirar cooler e cilindro;

 Repetir etapas de preparação, montagem e aquisição para cobre e aço;

 Finalizar o experimento;

 Avaliar os resultados.

Unidade: U2_PRINCÍPIOS_DE_CONVECÇÃO_DE_CALOR

Aula: A1_INTRODUÇÃO_À_CONVECÇÃO_DE_CALOR

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

Determinar o balanço de energia para diferentes geometrias; Analisar os principais parâmetros

que estão relacionados à transferência de calor por convecção; Estimar valores de parâmetros

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Público

adimensionais relacionados à convecção; Calcular o coeficiente convectivo de transferência de

calor.

SOLUÇÃO DIGITAL:

LABORATÓRIO VIRTUAL ALGETEC – SIMULADOR: “EXPERIMENTOS DE CONVECÇÃO”

O laboratório virtual é uma plataforma para simulação de procedimentos em laboratório e deve

ser acessado preferencialmente por computador.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Procedimento/Atividade nº 1

EXPERIMENTOS DE CONVECÇÃO

Atividade proposta: Neste experimento, você conhecerá mais sobre o fenômeno de transporte

de energia (calor) em fluidos e os parâmetros relacionados a essa troca de energia térmica, tais

como a geometria do corpo em contato com o fluído (área de contato e comprimento),

propriedades do fluído, velocidade de trabalho e gradiente de temperatura contido no fluido.

Procedimentos para a realização da atividade:

Neste experimento você necessitará de exaustor, aquecedores de diferentes formatos, sensores

de temperatura e de velocidade do ar, Wattímetro, unidade de aquisição de dados e túnel de

convecção. Durante o ensaio, aquecedores de diferentes formatos serão colocados no interior do

túnel de vento. Os sensores de temperatura na entrada e na saída desse túnel são responsáveis

por medir a variação da temperatura do ar após a passagem pelo aquecedor. O experimento

pode ser feito em convecção natural ou em convecção forçada com a utilização de um exaustor

controlado via software. Os dados coletados através do sistema, poderão ser visualizados no

Wattímetro e no software no computador. Vamos aos detalhes:

1. ACOPLANDO O AQUECEDOR

Suspenda a trava do suporte do aquecedor clicando com o botão direito do mouse sobre a trava

e selecionando a opção “Suspender trava”.

Acople o aquecedor no túnel de convecção clicando com o botão direito do mouse sobre o

aquecedor e selecionando a opção “Acoplar aquecedor”.

Abaixe a trava do suporte do aquecedor clicando com o botão direito do mouse sobre a trava e

selecionando a opção “Abaixar trava”.

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Público

2.

CONECTANDO OS SENSORES

Conecte o sensor de temperatura 1 clicando com o botão direito do mouse sobre o sistema de

aquisição de dados e selecionando a opção “T1”.

Conecte o sensor de temperatura 2 clicando com o botão direito do mouse sobre o sistema de

aquisição de dados e selecionando a opção “T2”.

Conecte o sensor clicando com o botão direito do mouse sobre o aquecedor e selecionando a

opção “Conectar sensor”.

Conecte o exaustor clicando com o botão direito do mouse sobre o aquecedor e selecionando a

opção “Conectar exaustor”.

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Público

3.

VARIANDO OS PARÂMETROS

Visualize o computador clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome

“Computador” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela. Se

preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+3”.

Inicie a aquisição de dados clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o botão “Iniciar

aquisição” na tela do computador.

Perceba que irá surgir na tela do computador um gráfico das temperaturas 1 (linha azul) e 2 (linha

vermelha) em função do tempo.

Varie a potência (em %) do aquecedor e do exaustor clicando com o botão esquerdo do

mouse sobre o slider que controla cada sensor e arrastando o mouse verticalmente.

Verifique como os outros parâmetros do sistema variam de acordo com a alteração na potência

do aquecedor e do exaustor, observando o comportamento do gráfico.

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Público

Avaliando os resultados:

Com base no experimento realizado, responda:

1. Explique a importância de suspender e abaixar a trava do suporte do aquecedor durante

a configuração inicial do equipamento. Quais poderiam ser as consequências de não

seguir esse procedimento corretamente?

2. Descreva o processo de conexão dos sensores de temperatura ao sistema de aquisição

de dados. Por que é essencial garantir que os sensores estejam corretamente conectados

antes de iniciar a aquisição de dados?

3. Analise como a variação da potência do aquecedor e do exaustor pode afetar as leituras

de temperatura e outros parâmetros do sistema. Quais fatores externos poderiam

influenciar esses resultados?

4. Discuta a importância da visualização gráfica das temperaturas em função do tempo

durante o processo de aquisição de dados. Como essa visualização pode auxiliar na

tomada de decisões operacionais?

5. Explique o impacto do controle preciso de variáveis como potência do aquecedor e do

exaustor em um sistema de convecção. Como esses controles podem ser otimizados para

melhorar a eficiência energética do sistema?

Checklist:

 Acessar seu AVA;

 Clicar no link do experimento EXPERIMENTOS DE CONVECÇÃO;

 Garantir a Segurança e Preparação do Experimento;

 Suspender a trava do suporte do aquecedor;

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Público

 Acoplar o aquecedor ao túnel de convecção;

 Abaixar a trava do suporte do aquecedor;

 Conectar o Sensor de Temperatura 1 ao sistema de aquisição de dados (selecionar “T1”);

 Conectar o Sensor de Temperatura 2 ao sistema de aquisição de dados (selecionar “T2”);

 Conectar o sensor diretamente ao aquecedor;

 Conectar o exaustor ao aquecedor;

 Visualizar a interface do computador (clicar na câmera “Computador” ou usar “Alt+3”).

 Confirmar que todos os sensores e dispositivos estão devidamente conectados e

reconhecidos;

 Iniciar a aquisição de dados na tela do computador;

 Verificar se o gráfico das temperaturas T1 (linha azul) e T2 (linha vermelha) está visível e

funcional;

 Ajustar a potência do aquecedor usando o slider apropriado;

 Ajustar a potência do exaustor conforme necessário;

 Monitorar as alterações no gráfico e observar como os parâmetros variam com as

mudanças de potência;

 Anotar qualquer comportamento inesperado ou variação significativa para análise

posterior;

 Finalizar o experimento;

 Avaliar os resultados.

Unidade: U3_CONVECÇÃO_NATURAL_EBULIÇÃO_E_CONDENSAÇÃO

Aula: A3_CONDENSAÇÃO_E_TROCADORES_DE_CALOR

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

Compreender o funcionamento de um trocador de calor; verificar qual tipo de trocador de calor

possui melhor eficiência trifásica; Compreender a influência do tipo de escoamento na

transferência de calor; Entender a influência da vazão na transferência de calor; Avaliar a

influência do tipo de escoamento na transferência de calor.

SOLUÇÃO DIGITAL:

LABORATÓRIO VIRTUAL ALGETEC – SIMULADOR: “EXPERIMENTOS EM TROCADORES

DE CALOR”

O laboratório virtual é uma plataforma para simulação de procedimentos em laboratório e deve

ser acessado preferencialmente por computador.

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Público

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Procedimento/Atividade nº 1

EXPERIMENTOS EM TROCADORES DE CALOR

Atividade proposta: Neste experimento, você realizará experiências em diferentes tipos de

trocadores de calor para verificar a transferência de calor em cada um deles. Além disso, você

irá variar os parâmetros como: vazão, diferença de temperatura e direção do fluxo, para verificar

a influência desses na eficiência dos trocadores.

Procedimentos para a realização da atividade:

Este experimento utilizará componentes da bancada didática para estudos em trocadores de calor

para realizarmos testes em três tipos de trocadores de calor: trocador de placas, trocador de

tubos concêntricos e o trocador de casco-tubos. Em cada trocador de calor o aluno irá realizar o

experimento com os fluxos de água em contracorrente e em correntes paralelas, medindo as

temperaturas nos fluxos de água quente e água fria, na entrada e saída do trocador de calor,

além de medir as vazões dos fluxos. Vamos aos detalhes:

1. ENCAIXANDO O TROCADOR DE CALOR DO TIPO TUBOS CONCÊNTRICOS

Visualize os trocadores de calor clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o

nome “Trocadores” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da

tela. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+2”.

Leve o trocador de calor do tipo tubos concêntricos para a bancada e o encaixe clicando com

botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção “Encaixar trocador”.

Abra as válvulas clicando com o botão esquerdo do mouse sobre elas.

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Público

2.

LIGANDO O AQUECEDOR

Visualize o painel clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Painel” ou

através do atalho do teclado “Alt+4”.

Energize o painel clicando com botão esquerdo do mouse no botão de emergência.

Aumente a potência do aquecedor clicando com botão esquerdo do mouse e girando o botão de

controle indicado.

Ligue o aquecedor clicando com botão esquerdo do mouse na parte verde do botão “Habilitar

Aquecedor”.