EDITAL DE TRABALHO FINAL DA DISCIPLINA MEDIÇÕES TÉRMICAS Edição

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA ENGENHARIA MECÂNICA E DE ENERGIA ENG Medições Térmicas (Energia e Fenômenos de Transporte) Prof. Paulo Smith Schneider EDITAL DE TRABALHO FINAL DA DISCIPLINA MEDIÇÕES TÉRMICAS Edição Introdução O trabalho final da disciplina de Medições Térmicas terá como assunto a construção de um dispositivo (denominado doravante de ponteira ) instalado na descarga de uma tubulação vertical, similar a uma chaminé, com a finalidade de auxiliar a saída de uma corrente de ar aquecida. A bancada experimental está montada e instrumentada no Laboratório de Ensaios Térmicos e Aerodinâmicos - LETA. 2. Contexto do trabalho As chaminés são utilizadas em várias situações do nosso cotidiano. Desde utilizações em grandes complexos industriais, como fábricas, até mesmo a conhecidíssima churrasqueira, artefato obrigatório para os gaúchos como mostra a Figura 1. (a) (b) Figura 1 Chaminés icônicas do Rio Grande do Sul: (a) Usina do Gasômetro Porto Alegre; (b) Churrasqueira residencial. Quanto ao funcionamento, as chaminés podem ser utilizadas, basicamente, de dois modos: através da convecção natural (efeito chaminé) e convecção forçada (Oliveira, 2012).

2 Dependendo das condições ambientais, são utilizados alguns artefatos para melhorar o desempenho das chaminés, instalados em suas extremidades e chamados aqui de ponteiras. Elas evitam a entrada de água da chuva ou vento lateral que possa interferir na vazão da chaminé. Algumas formas de ponteiras de chaminés são mostradas na Figura 2. Perfil Sputnik Chapéu Chinês Perfil T Figura 2 Tipos de ponteiras usuais para chaminés ( acessado em 25/09/2013) 3. Descrição do Concurso 3.1 Objetivo principal Construir uma ponteira a ser acoplada fisicamente à extremidade de um tubo vertical, similar a uma chaminé, com o objetivo de auxiliar a descarga de gases quentes que são lançados para o meio exterior por meio de um ventilador. A chaminé será sujeita a correntes de ar forçadas, produzidas por outro ventilador externo, simulando efeitos climáticos e assim interferindo no escoamento do ar da chaminé. 3.2 Descrição A bancada experimental apresentada na Figura 3 será usada para ensaiar as ponteiras propostas pelos grupos de trabalho. Ar ambiente, succionado pelo Ventilador Principal escoa até uma caixa com resistências elétricas, responsáveis pelo aquecimento do ar. A velocidade média do escoamento na descarga da chaminé será prescrita em torno de 10 m/s e sua temperatura na faixa de 30 à 40 ºC, controladas pelo operador da bancada (professor). A ponteira deverá ser instalada na extremidade da chaminé padrão, onde também há um segundo ventilador, que simula condições de vento exterior perpendicular ao eixo da chaminé. Os grupos deverão construir uma ponteira com dimensões máximas especificadas na Tabela 1

3 Figura 3 Esquema da bancada montada para ensaiar as ponteiras. Tabela 1 Dimensões para a construção da ponteira. Parâmetro Dimensões em mm Altura máxima 1000 Altura minima 150 Diâmetro entrada 100 Diâmetro saída - máx. 300 Diâmetro saída - min. 50 A bancada é instrumentada para medição de temperatura e vazão do ar de descarga. Os grupos devem adicionalmente realizar a medição de temperatura e da vazão mássica do escoamento com instrumentos próprios, instalados na ponteira, e os resultados serão comparados com aqueles obtidos da instrumentação instalada na bancada. O princípio de funcionamento e sua forma construtiva são de responsabilidade de cada grupo de alunos, e não serão aceitos trabalhos onde os protótipos sejam montados com elementos comerciais já existentes para o mesmo fim. Os trabalhos que não atenderem essa condição serão desconsiderados Ensaios Cada ponteira será testada em duas situações: sem vento exterior; e com vento exterior soprando perpendicularmente ao corpo da ponteira em diferentes direções, na extremidade mais alta da bancada. Nenhum ensaio experimental no LETA poderá ser realizado sem a supervisão do professor da disciplina ou do técnico responsável pelo laboratório.

4 Os grupos deverão realizar agendamento prévio de horário para a montagem, estudo e calibração dos seus medidores ou ponteiras, respeitando os horários estabelecidos. 4. Materiais 4.1. Materiais disponibilizados pelo LETA: Obrigatório A bancada de ensaio conforme mostrado na Figura 3. Conexões de acoplamento na saída da chaminé, em plástico PVC de diâmetro de 100 mm; mesmo padrão de tubo utilizado para drenagem de água e resíduos, encaixe liso. Facultativo Sistema de aquisição de dados de grandezas elétricas (tensão, corrente e resistência), composto por um multímetro multicanais e um computador. Multímetros de mão Materiais de responsabilidade dos grupos: Todo o tipo de materiais necessários para a construção da ponteira e da sua instrumentação, incluindo miscelâneas tais como suportes, conexões, ligações, fiação elétrica, isolamentos, componentes elétricos, ou qualquer outro material necessário para a execução do trabalho diferente daqueles disponibilizados pelo LETA serão responsabilidade de cada grupo. A ponteira e os medidores deverão ficar no laboratório após a apresentação. 5. Cronograma e procedimentos Na data prevista no calendário da disciplina todos os grupos entregarão os relatórios do trabalho no início da aula, juntamente com seus protótipos, de forma organizada. Os experimentos serão apresentados ao professor da disciplina ao longo de todo o dia (podendo se entender por mais dias, caso necessário), com a participação obrigatória de pelo menos um dos integrantes do grupo e a presença opcional dos demais colegas da disciplina. As apresentações seguirão uma agenda, marcada no início dessa aula, de comum acordo com todos os colegas. Na ocasião, cada grupo terá o tempo máximo de 15 (quinze) minutos de apresentação. Os trabalhos podem ser realizados individualmente ou em grupos, de 3 componentes, no máximo. 6. Avaliação Os ensaios serão precedidos pela medição da vazão volumétrica do ar sem a colocação de qualquer ponteira, realizado pelo professor da disciplina. Essa

5 vazão será mantida ao longo de todos os ensaios. A temperatura do ar TAR também será medida, permitindo a determinação da vazão mássica do ar sem ponteira. Os próximos passos de medição serão efetuados após a instalação da ponteira fabricada por cada grupo Critério 1 Vazão do ar da chaminé (medição do LETA) 1A) Razão rsv entre a vazão de ar com a ponteira e a vazão de ar sem ponteira, na ausência de vento no exterior da chaminé, tal que = (1) 1B) Razão rcv-0 entre a vazão de ar com a ponteira e a vazão de ar sem ponteira, com vento no exterior da chaminé imposto na direção transversal da ponteira, tal que = (2) 1C) Razão rcv-90 entre a vazão de ar com a ponteira e a vazão de ar sem ponteira, com vento no exterior da chaminé imposto na direção transversal da ponteira, deslocado de 90 0 em relação a medição do item anterior, tal que = (3) As vazões volumétricas, e com a ponteira e da vazão volumétrica sem a ponteira serão, para esse critério de avaliação, medidas com a instrumentação instalada na bancada Critério 2 Medição da temperatura e da vazão (medição do grupo) Os ensaios do item anterior serão, simultaneamente, medidos com a instrumentação elaborada por cada grupo e instalada na ponteira. Assim, a avaliação desse item será também composta por: 2A) Temperatura TP-A e vazão volumétrica do ar com a ponteira sem vento transversal, juntamente com o cálculo da vazão mássica 2B) Temperatura TP-B e vazão volumétrica do ar com a ponteira com vento transversal, juntamente com o cálculo da vazão mássica

6 2C) Temperatura TP_C e vazão volumétrica do ar com a ponteira com vento transversal, deslocado de 90 0 em relação a medição do item anterior, juntamente com o cálculo da vazão mássica 6.3. Critério 3 - Relatório Técnico: Melhor relatório escrito deverá seguir as recomendações do modelo da disciplina, que segue o que é praticado no Trabalho de Conclusão de Curso da Engenharia Mecânica ( Os itens de avaliação são: 6.3.a. Qualidade do título e do resumo 6.3.b. Qualidade da conclusão 6.3.c. Revisão bibliográfica (estado da arte) e fundamentos 6.3.d. Qualidade do conteúdo técnico 6.3.e. Estilo de redação e capacidade de comunicação 6.3.f. Referências bibliográficas e citações 6.4. Cálculo da nota: - Os valores dos itens 6.1.a, b e c serão medidos e ao maior valor de razão de cada um será atribuída a nota 10 e ao valor mais baixo a nota 3. As notas de todos os grupos contidos entre esses 2 extremos serão linearizadas. - As notas dos itens 6.2.a, b e c serão calculadas pelo desvio entre o valor lido pelo grupo e o valor lido na bancada pelo LETA. Ao menor desvio será atribuída a nota 10 e ao maior desvio a nota 3. As notas de todos os grupos contidos entre esses 2 extremos serão linearizadas. - Cada item do relatório técnico receberá uma nota entre 0 e 10 e a nota final será sua média A nota final será calculada pela equação: ã = Observações finais 1) Os alunos das equipes colocadas em primeiro lugar terão conceito A na disciplina, independentemente das notas anteriores em provas. Sucessivamente, os segundos e terceiros colocados terão conceito B e C, respectivamente, caso não

7 somem notas maiores no processo convencional de avaliação. Prevalecerá, portanto, o maior valor. Os demais alunos levarão a nota do presente trabalho como terceira avaliação da disciplina. 2) Os protótipos deverão ser testados obrigatoriamente na bancada de ensaios, e qualquer outra alternativa não será considerada. 3) Caso for necessário (devido a problemas técnicos com a bancada experimental ou com o fim de esclarecer dúvidas), este edital poderá ser editado a qualquer momento pelo professor da disciplina, ficando a cargo dos alunos verificarem no website da disciplina ( as possíveis modificações deste edital. Os trabalhos dos colegas dos semestres anteriores poderão ser consultados na página da disciplina ( Casos omissos ou eventuais problemas serão decididos pelo professor da disciplina. Bibliografia: Oliveira, H.S.M., Análise da Indução de Fluxo de ar por Convecção Livre em Chaminé Solar, UFRN, Dissertação de Mestrado, Natal RN, Delmé, G.J., Manual de Medição de Vazão, Ed. Edgar Blücher Ltda, São Paulo, 1989.