Determinação teórico-experimental do perfil de temperaturas
em cabos condutores nas proximidades de junções
sobreaquecidas.
Ferreira, R.A.M.1; Carvalhais, T.B.M.2 ; Ferreira, W.M.3 ; Diniz, H.E.P.4 ; Andrade , R.M. 5
1 – Rafael Augusto Magalhães Ferreira, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, [email protected], pesquisador colaborador do projeto P&D426.
2 – Túlio Borel Magalhães Carvalhais, Curso de Graduação em Engenharia Mecânica, [email protected], bolsista Iniciação Científica do projeto P&D426.
3 – Willian Mendes Ferreira, Curso de Graduação em Engenharia Mecânica, [email protected]
4 – Henrique Eduardo Pinto Diniz, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, [email protected], gerente do projeto P&D426.
5 – Roberto Márcio de Andrade, Departamento de Engenharia Mecânica, [email protected], coordenador do projeto P&D426.
Introdução
Resultados
No processo de aquecimento de conectores energizados
estão envolvidos
A equação diferencial apresentada foi discretizada através da técnica de diferenças
diversos mecanismos de transferência de calor. Basicamente, toda a energia
finitas, se tornando um conjunto de equações algébricas. A solução numérica do
gerada por Efeito Joule devido à passagem de corrente ou é armazenada pelo
problema, bem como as temperaturas medidas ao fim do ensaio estão mostradas
componente (regime transiente) ou é dissipada por convecção e radiação. Uma
no Gráfico 1.
terceira forma de dissipação é a transferência de calor por condução através dos
cabos, uma configuração similar a dissipação por superfícies estendidas (aletas).
O objetivo deste trabalho é modelar esse processo via balanço de energia e
confrontar os resultados teóricos com dados experimentais.
Metodologia
Na Figura 1 está representado um elemento infinitesimal do cabo condutor com
todos os mecanismos de transferência de calor que estão presentes no problema.
Gráfico 1 – Comparação entre os resultados obtidos por modelagem matemática e os dados
experimentais.
Observa-se que as temperaturas indicadas pelos termopares estão razoavelmente
próximas da curva teórica, indicando que a modelagem apresentada responde
satisfatoriamente ao caso real. Além disso, os resultados indicam que a uma
distância de aproximadamente 60 cm da região sobreaquecida,seus efeitos tornamse desconsideráveis. O Gráfico 2 mostra o desvio percentual entre os resultados
Figura 1 – Representação esquemática do problema.
teórico e experimental.
Partindo do balanço de energia em regime permanente e para a condição de área
de seção reta uniforme, a equação que descreve o processo térmico para o
elemento infinitesimal da Figura 1 pode ser descrita da seguinte forma:
(1)
Sendo uma equação diferencial de segunda ordem, são, portanto, necessárias
duas condições de contorno para garantir a unicidade da solução:
(2)
(3)
Gráfico 2 – Quantificação dos desvios obtidos.
Conclusões
Os resultados mostram uma boa aproximação entre as considerações da
Para validação experimental do modelo, foi montada uma bancada de testes
constituída por uma fonte de corrente, e uma junção formada por dois cabos
condutores de alumínio e um conector tipo cunha, já desgastado. Um total de 8
modelagem e os dados obtidos experimentalmente. O erro máximo obtido foi de
aproximadamente 22,5%, indicando que a teoria de superfícies estendidas se
aplica satisfatoriamente ao problema apresentado.
termopares tipo T foram fixados ao longo do cabo, igualmente espaçados entre si. A
Agradecimentos
fonte de corrente foi ajustada em 400 A e foi aguardado um período suficiente até
Os autores agradecem aos financiadores do projeto P&D 426, ANEEL-CEMIG e à
que o processo atingisse o regime permanente. A Figura 2, ilustra a montagem
toda equipe do LabTerm.
utilizada.
Referências
[1] INCROPERA, Frank P. & DeWITTD, D. P.; Fundamentos de Transferência de
Calor e Massa, 1990. LTC
Figura 2 – Arranjo do teste.