EDITAL DE TRABALHO FINAL DA DISCIPLINA MEDIÇÕES TÉRMICAS Edição

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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 do presente semestre terá como assunto a construção de um protótipo de coletor solar térmico para aquecimento de ar, denominado para fins de simplificação de protótipo. O protótipo a ser desenvolvido tem como finalidade aquecer o ar tomado do ambiente do laboratório. Ele deverá ter desempenho superior a de um coletor de regular, que será usado como comparação, instalado em uma bancada de ensaios no Laboratório de Ensaios Térmicos e Aerodinâmicos LETA, doravante chamado de coletor de referência. 2. Contexto do trabalho Os coletores solares térmicos são usados para captar a energia solar incidente e aquecer um fluido de trabalho, que pode ser um gás ou um líquido. A motivação da presente proposta nasceu a partir da montagem de um secador solar de frutas, em operação na fazenda de educação ambiental Quinta da Estância. Uma vista do secador é apresentada na figura a seguir, junto com um esquema em corte da seu construção. Figura 1- Vista geral do secador montado na Fazenda 5a da Estância (e) e sua vista em corte (d) O secador solar é composto por uma câmara de secagem, um coletor solar térmico e uma chaminé para exaustão. A câmara de secagem abriga 2 grades para acomodação dos frutos e uma massa de acumulação térmica em sua base. O coletor solar capta a radiação solar incidente e aquece o ar tomado do exterior, que é descarregado na câmara de secagem. O coletor solar atualmente instalado é composto por uma placa metálica plana de pequena espessura, pintada de preto, montada em uma caixa de madeira e com uma abertura de admissão de ar rente ao solo e outra de descarga no encaixe

2 com o secador, como mostra a próxima figura. A chapa metálica é colocada na metade da altura da caixa do coletor, permitindo que o ar admitido passe pelas duas faces do absorvedor. Figura 2- Vista da montagem do coletor solar (e) e de seu dispositivo de regulação de vazão de ar (d) Mais detalhes sobre essa montagem podem ser vistos na página da disciplina de Medições Térmicas 3. Descrição do Concurso 3.1 Objetivo principal Construir um coletor solar térmico para aquecimento de uma corrente forçada de ar com desempenho superior ao do coletor de referência do ensaio. 3.2 Descrição A bancada experimental apresentada na Figura 3 será usada para ensaiar os protótipos de coletores propostos pelos grupos de trabalho. Figura 3- Esquema de montagem da bancada de ensaios O ar ambiente é admitido na bancada de forma forçada por um ventilador. Antes de iniciar os ensaios com os protótipos, é feita uma primeira medição com o coletor de referência

3 do ensaio, constituído por uma placa de absorção da radiação incidente e uma cobertura de vidro. O ensaio de referência é realizado medindo-se a temperatura do ar na admissão ( o C) e na descarga ( o C) do coletor de referência, bem como sua vazão volumétrica (m 3 /s). O fluxo de radiação incidente G (W/m 2 ) é imposta por um banco de lâmpadas incandescentes, posicionado paralelamente ao coletor, e ambos instalados sobre uma mesa com inclinação nula em relação ao plano horizontal. Os protótipos de coletores propostos pelos grupos serão instalados nessa bancada no mesmo lugar do coletor de referência. Os protótipos terão as dimensões internas da caixa mostradas na próxima tabela Tabela 1 Dimensões internas obrigatórias para a construção do protótipo Comprimento Largura Altura 1,00 m 0,30 m 0,15 m Essas dimensões devem ser respeitadas para que o protótipo possa ser conectado à bancada de ensaios. Os protótipos que não atenderem essa restrição poderão ter seu ensaio prejudicado ou mesmo não realizado. 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. Está descartado o emprego de refletores externos ao coletor, com a finalidade de aumentar a radiação incidente Ensaios As condições de operação do coletor de referência serão medidas antes de iniciar os ensaios dos protótipos de cada grupo. Será lida a temperatura do ar na admissão e na descarga do coletor de referência, a vazão do ar e sua pressão na admissão. A vazão resultante é aquela imposta pelo ventilador em rotação constante, regulada para 2 posições de ensaio: rotação menor e rotação maior. O mesmo será feito com cada protótipo e suas medidas registradas para as 2 rotações do ventilador. As medidas serão comparadas com a) o coletor de referência e b) classificadas comparativamente com aquelas dos demais protótipos apresentados pela turma. Todos os ensaios realizados no LETA deverão ser agendados e supervisionados pelo professor da disciplina, do técnico responsável pelo laboratório ou por um aluno designado. 4. Materiais 4.1. Materiais disponibilizados pelo LETA: Obrigatório A bancada de ensaio conforme mostrado na Figura 3. Conexões de acoplamento do protótipo com a bancada.

4 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 do protótipo e da sua instrumentação, incluindo miscelâneas como suportes, conexões, ligações, fiação elétrica, isolamentos, componentes elétricos, ou qualquer outro material necessário para a execução do trabalho diferente daqueles disponibilizados pelo LETA. O protótipo 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 em grupos de no máximo 2 componentes. 6. Avaliação As medidas descritas nos critérios 1 até 3 serão efetuadas para as 2 rotações do ventilador. Os valores mínimos e máximos dessas medidas serão associados aos limites 10 e 5. Qualquer valor intermediário de medição será interpolado linearmente entre esses limites Critério 1 Diferença de temperatura do ar entre admissão e descarga T Maior valor de T 10 Menor valor de T 5 Δ = 6.2. Critério 2 Medição da vazão mássica do ar = onde = (, ), = massa específica (kg/m 3 ) Maior valor de 10 Menor valor de Eficiência energética η (eficiência de 1ª lei da TMD) A eficiência η é dada por

5 = onde = ( ), taxa de calor transferida para o ar (W) e G é a radiação incidente sobre o plano do coletor solar Maior valor de η 10 Menor valor de η Incerteza de medição IM da taxa de calor transferida para o ar qar Menor valor de IM 10 Maior valor de IM Critério 5 - Relatório Técnico: o relatório deverá seguir as recomendações do modelo da disciplina, que segue o que é praticado no TCC da Engenharia Mecânica e o guia com o modelo de relatório da disciplina. ( ) Os itens de avaliação são: 6.5.a. Qualidade do título e do resumo; 6.5.b. Qualidade da conclusão; 6.5.c. Revisão bibliográfica (estado da arte) e fundamentos; 6.5.d. Qualidade do conteúdo técnico; 6.5.e. Estilo de redação e capacidade de comunicação e 6.5.f. Referências bibliográficas e citações. Cálculo da nota: a nota final será composta pelos valores atingidos nos critérios, e seguem a relação dada por = (6.1)+(6.2)+3(6.3)+(6.4)+(6.5) 7 7. 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 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.