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Resfriamento e Ebulição

Visão Geral

Fonte: Alexander S Rattner, Sanjay Adhikari e Mahdi Nabil; Departamento de Engenharia Mecânica e Nuclear, Universidade Estadual da Pensilvânia, Parque Universitário, PA

O aquecimento controlado seguido de resfriamento rápido é um elemento importante de muitas aplicações de processamento de materiais. Este procedimento de tratamento térmico pode aumentar a dureza do material, que é importante para cortar ferramentas ou superfícies em ambientes de alto desgaste. O estágio de resfriamento rápido é chamado de saciamento, e muitas vezes é realizado por materiais imersos em um banho fluido (muitas vezes água ou óleo). A saciação da transferência de calor pode ocorrer devido à convecção forçada - quando a ação do material em movimento rápido através do refrigerante impulsiona o processo de transferência de calor, e devido à convecção livre - quando a densidade reduzida de fluido quente perto da superfície do material causa circulação orientada pela flutuação e transferência de calor. Em altas temperaturas materiais, o refrigerante pode ferver, levando a um aumento da eficácia da transferência de calor. No entanto, quando materiais extremamente quentes são extintos, eles podem ser cobertos em vapor de refranhante de condutividade térmica relativamente baixa, levando à má transferência de calor.

Neste experimento, a transferência de calor será medida para um cilindro de cobre aquecido, que representa pequenas peças tratadas pelo calor. O perfil de temperatura da amostra transitória será medido durante a extinção e comparado com os resultados teóricos para transferência gratuita de calor de convecção. Fenômenos de ebulição também serão investigados qualitativamente.

Procedimento

NOTA: Este experimento usa aquecimento de chamas. Certifique-se de que um extintor de incêndio está à mão e que nenhum material inflamável está perto do experimento. Siga todas as precauções padrão para a segurança contra incêndios.

1. Fabricação de amostra para saciar (ver fotografia, Fig. 1)

  1. Corte um pequeno comprimento (~24 mm) de 9,53 mm de altura da haste de cobre. Faça dois pequenos furos (1,6 mm de diâmetro) a meio caminho da haste perto das duas extremidades. Esses buracos se

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Resultados

Fotografias de ebulição a diferentes temperaturas iniciais da amostra(Ts,0) são apresentadas em Fig. 2. Em Ts,0 = Bolhas de vapor de 150°C formam-se e permanecem presas à amostra. Em Ts,0 = bolhas de 175°C se desprendem e flutuam na água. A 200°C, mais bolhas são geradas, e aumentos adicionais são observados em temperaturas mais altas. Eventos do tipo crise de ebulição (por exemplo,amostras inteiras sendo cer...

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Aplicação e Resumo

Este experimento demonstrou o processo de transferência de calor transitório durante a extinção. A temperatura de uma amostra de material foi rastreada, pois foi rapidamente resfriada em um banho de água. Os coeficientes de convecção e os perfis de temperatura ao longo do tempo foram comparados com valores teóricos para resfriamento gratuito de convecção. Fenômenos de ebulição também foram discutidos e observados para altas temperaturas iniciais da amostra. Informações de tais experimentos e abordagens de...

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