Conductividad Térmica. Calor
Enviado por Alba Belén Ortiz • 22 de Junio de 2018 • Informes • 2.039 Palabras (9 Páginas) • 361 Visitas
Conductividad Térmica
Resumen. – En esta práctica se ha determinado el valor de la conductividad térmica del Latón CuZn36Pb3 y del Acero fino X8CrNiS18-9. Estos valores han sido calculados por medio de los datos recolectados luego de terminar con la práctica. Fue necesario investigar y describir qué es la transferencia de calor y cómo se da esta transferencia utilizando el mecanismo de conducción. Es importante comparar los resultados de la conductividad térmica del Latón obtenido en la práctica #2 y en esta práctica.
Objetivo. Determinar la variación de la conductividad térmica con respecto a la temperatura en la transferencia de calor por conducción lineal, de diversos materiales y su variación con el área.
Fundamentos teóricos
Calor
Se denomina calor a toda la energía que traspasa la frontera de un sistema a causa de una diferencia de temperaturas entre el sistema y sus alrededores. (Alomá & Malaver, 2007)
Transferencia de calor
Siempre, al existir un gradiente de temperatura en un sistema, o cuando se ponen en contacto dos sistemas con diferentes temperaturas, existe transferencia de energía, este proceso de transferencia de energía lo conocemos como transferencia de calor. (Kreith, Manglik, & Bohn, 2012)
El objetivo de la transferencia de calor es determinar el intercambio de energía que tiene lugar entre dos cuerpos y como se da esta transferencia. Busca además determinar la rapidez, tomando en cuenta las condiciones del sistema, con la que se dará la transferencia. (Holman, 1998)
Transferencia de calor por conducción
Si existe una diferencia de temperaturas en un medio sólido, la transferencia de calor tiene lugar desde la superficie de mayor temperatura hacia la superficie de menor temperatura. (Kreith, 2012)
Este mecanismo de calor obedece a la Ley de Fourier.
[pic 1]
Conductividad térmica
Es una magnitud que indica la capacidad de un material para transferir calor por medio del contacto directo entre dos superficies. (Kreith, 2012)
La conductividad térmica se determina a partir de la ley de Fourier, teniendo así:
[pic 2]
Latón CuZn36Pb3
Este latón es una aleación entre Cobre, Zinc Y plomo. Posee una excelente maquinabilidad. Posee una densidad de 8,5 gr/. (BRONMETAL, n.d.)[pic 3]
La conductividad térmica del latón a 20°C es de 121 W/ m °K. (“Pagani S.A. :: Barras de Latón - Información Técnica ::,” n.d.)
COMBINACION QUIMICA % | |||||||
Cu | Al | Fe | Ni | Pb | Sn | Zn | Otros |
59 | 0.05 | 0.3 | 0.3 | 3.5 | 0.3 | 36.35 | 0.2 |
Tabla 1: Composición química del latón CuZn36Pb3
Acero fino X8CrNiS18-9
Este acero austenítico resulta de una aleación entre el azufre y el cromo-níquel. (Steel, 2016)
No se logró encontrar el valor de la conductividad térmica de este acero.
COMBINACION QUIMICA % | ||||||||
C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Ni | N |
0,10 | 1,0 | 2,0 | 0,045 | 0,35 | 19,0 | 1 | 10,0 | 0.11 |
Tabla 2: Composición química del acero fino X8CrNiS18-9
Diseño de la práctica
La práctica consistió en la utilización del equipo GUN WL 372 conducción de calor radial y lineal, ubicada en el laboratorio de Operaciones Unitarias dentro del Centro Tecnológico de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca. El equipo se usó para realizar una demostración de la conductividad térmica de la pieza de montaje 2 (acero fino) y 3 (latón) a través de un ensayo que permitía la visualización de las temperaturas de los diferentes sensores, así como la potencia utilizada y los ciclos en los cuales se daba la transferencia. Esto con la finalidad de obtener los datos necesarios para realizar los cálculos respectivos y cumplir con el objetivo de la práctica.
Datos:
Acero fino X8CrNiS18-9
- Diámetro = 0.025 m
- Longitud = 0.03 m
- Cantidad de transferencia de calor= 72W
Latón CuZn39Pb3
- Diámetro = 0.015 m
- Longitud = 0.03 m
- Cantidad de transferencia de calor= 72W
Materiales:
- Pasta térmica
- Equipo GUN WL 372
- Computadora
- Pieza remontable de Latón CuZn39Pb3
- Pieza remontable de acero fino X8CrNiS18-9
Desarrollo esquemático:
- Explicación por parte del docente previo a realizar la práctica.
- Colocar la pasta térmica en la pieza de montaje número dos de acero fino.
- Colocar en su lugar la pieza de acero fino.
- Hacer fluir el agua en el refrigerante ya adaptado al equipo.
- Preparar el software del computador para poder recolectar datos
- Encender el equipo GUN WL 372 a una potencia de 72 Watts
- Hacer correr el software para recolectar datos
- Observar las variaciones de temperatura y las diferentes graficas que genera el software.
- Recolectar los datos
- Realizar el mismo procedimiento para la pieza de montaje numero 3
Realización de la práctica
Conductividad Térmica
De la ley de Fourier en el caso de cilindro:
[pic 4]
Se despeja la conductividad térmica:
[pic 5]
Reemplazando cada término de la ecuación, así como las temperaturas en estado estacionario (tabla 1) para la pieza de montaje 2 y (tabla 2) para la pieza de montaje 3, se obtuvo los datos de la conductividad térmica.
Acero fino X8CrNiS18-9
[pic 6]
Tabla 3 Resumen de temperaturas de interés por ciclo en la pieza de montaje 2
Se obtiene que el promedio de conductividad térmica del acero fino X8CrNiS18-9 es:
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