Guia do Trabalho de Laboratório de
Transmissão de Calor e Massa II
Ensaio de transferência de calor
por radiação e convecção natural.
Março de 2003
João Azevedo
1. Objectivo. ...............................................................................................................2
2. Descrição da bancada de ensaio.............................................................................2
3. Procedimento experimental....................................................................................2
Para além das temperaturas das placas deve-se ainda registar a potência debitada na
fonte de calor e a temperatura ambiente. .......................................................................2
4. Formulação e cálculos a apresentar .......................................................................2
5. Elaboração do relatório ..........................................................................................3
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1. Objectivo.
O objectivo da experiência é o de analisar a transferência de calor por radiação entre
duas placas paralelas. Uma das placas é aquecida por radiação a partir de uma fonte
de calor enquanto a outra perde calor por radiação. Ambas as placas perdem calor
para o ambiente por convecção natural. Pretende-se comparar os resultados de ensaios
com superfícies diferentes permitindo estimar as suas emissividades.
2. Descrição da bancada de ensaio.
A instalação experimental consiste numa bancada na qual se encontram montadas:
1) Fonte de calor
2) Dois suportes e placas metálicas
As duas placas metálicas são montadas com uma distância de 20mm entre si e a placa
aquecida é colocada a 50mm da fonte de calor. A alimentação para a fonte de calor
pode ser efectuada a partir de uma outra consola que permite controlar a potência
debitada. As placas têm 160mm de altura e 100mm de largura sendo fixas no suporte
paralelas à fonte de calor. Cada placa possui um termopar fixo no seu centro, sendo a
temperatura medida na consola da bancada. Na consola pode-se igualmente regular a
potência a debitar pela fonte de calor.
3. Procedimento experimental
Com a realização do trabalho pretende-se que o aluno faça uma estimativa das
emissividades das superfícies a partir de diversas experiências. A potência cedida pela
fonte de calor deverá ser constante para todas as experiências e em cada uma deve-se
atingir o regime estacionário, sendo este identificado quando a(s) temperatura(s)
atingem um valor constante. As quatro experiências a realizar em sequência são:
1) Usar uma única placa (preta) a 50 mm da fonte de aquecimento.
2) Usar as duas placas idênticas (pretas) a 50 e a 70 mm da fonte de aquecimento.
3) Substituir a placa preta a 70mm por uma placa de alúminio.
4) Substituir a placa de alúminio pela placa de aço polida.
Temperaturas
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
Ensaio 4
Placa a 50mm
Placa a 70mm
Potência
Para além das temperaturas das placas deve-se ainda registar a potência debitada na
fonte de calor e a temperatura ambiente.
4. Formulação e cálculos a apresentar
Devem ser apresentados balanços de energia considerando radiação e convecção
natural para:
1) Fonte de calor.
2) Uma placa isolada (a 50mm).
3) Primeira placa (a 50mm) com uma placa vizinha.
4) Segunda placa (a 70mm) recebendo radiação da primeira.
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Nestes balanços de energia a fonte de calor e o ambiente podem ser considerados
como superfícies negras. As temperaturas medidas nas placas devem ser usadas para
calcular o poder emissivo de corpo negro e o calor transferido por convecção natural a
partir de correlações apropriadas. A potência fornecida pela fonte de calor é
transferida parcialmente por radiação para a primeira placa pois existem perdas por
convecção natural e radiação para o ambiente. Para todos os ensaios pretende-se
analisar os resultados dos balanços de energia de acordo com:
Análise dos balanços de energia à segunda placa.
Pretende-se primeiro estimar a emissividade das placas pintadas de preto, a partir do
balanço de energia da segunda placa, utilizando as temperaturas obtidas no ensaio 2.
Considerando o valor da emissividade da placa preta como fixo, pretende-se estimar
nos ensaios 3 e 4 respectivamente a emissividade da superfície de alumínio e de aço.
Análise dos balanços de energia à primeira placa.
Para a placa pintada de preto junto à fonte de calor pretende-se para todos os ensaios
estimar a potência transferida por radiação a partir da fonte de calor e a sua
temperatura, considerando-a como um corpo negro.
Comparação da potência dissipada na fonte de calor.
Com base no calor transferido por radiação para a primeira placa e as perdas para o
ambiente, estimar a potência dissipada na fonte de calor e comparar o valor com o
valor indicado na consola de controle.
5. Elaboração do relatório
O relatório deverá incluir obrigatóriamente o seguinte:
1) Identificação do grupo, dia do ensaio e tabela com os valores obtidos.
2) Comentário à variação da temperatura entre os vários ensaios.
3) Formulação dos balanços de energia mencionados na secção anterior.
4) Indicação das correlações utilizadas para o cálculo do coeficiente de convecção.
5) Valores das emissividades estimadas dos balanços de energia à 2ª placa.
6) Estimativa do calor dissipado na fonte de calor e comparação com valor medido.
7) Referências da bibliografia utilizada.
A extensão do relatório não deverá exceder as 12 páginas. No caso de apresentarem
cálculos auxiliares, estes devem ser incluidos em anexo e referidos no texto principal.
Data _________________________________________ Hora _________________
Nº__________
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Nome _________________________________________________
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Grupo _______
Monitor _______________________________
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