Determinacion Conductividad Termica

Universidad de La Serena

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Mecánica

Área de Termofluidos

Transferencia de Calor

Laboratorio N°1: Conducción

Determinación de conductividad térmica

Resumen

En el presente informe se dará a conocer el desarrollo de la experiencia 1 realizada en el laboratorio de Transferencia de Calor, con apoyo de teoría recibida en clases y en base a los resultados obtenidos de estos se irá detallando lo aprendido.

La capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor por conducción se evalúa por la resistencia térmica que tienen.Existen diferentes materiales de acuerdo al rango de temperaturas de trabajo. Es por eso que la aislación térmica es de suma importancia en la industria en cuanto a reducir las pérdidas de energía. Debido a ello en este primer laboratorio se estudia la conductividad térmica a través cálculos mediante la ley de Fourier, análisis de gráficos y resultados la importancia que tiene sobre los materiales y el cómo influye la temperatura sobre ella la conductividad.

Profesor: Mauricio Godoy Seura

Integrantes: Evelyn Torres Cerda

Daniela Galvez Nuñez

Gisselle Pavez Araya

Roberts Muñoz Gomez

Pamela Osses Villegas

Juan Castillo Navarrete

Índice

Introducción 3

1.1 Planteamiento del problema 3

1.1.1 Introducción 3

1.1.2 Objetivos 3

• Objetivo general: 3

• Objetivos específicos: 3

1.1.3 Alcances de la experiencia 4

Hipótesis 4

1.2.1 Supuesto 4

Marco teórico 4

Desarrollo de la experiencia 6

• Descripción de la experiencia 6

• Equipamiento y material empleado 8

Recolección y cálculo de datos 9

Resultados 11

4.1 Análisis de datos 11

Conclusiones 12

Introducción

Planteamiento del problema

Introducción

La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas, a otras moléculas con las que no está en contacto.

La capacidad de conducir calor es una propiedad que depende de la estructura interna de cada sustancia. En el proceso de conducción térmica, la transferencia de calor puede ser interpretada en la escala atómica como un intercambio de energía entre las partículas microscópicas en el cual las partículas más energéticas entregan energía a las menos energéticas a través de colisiones.

Es posible determinar la conductividad térmica de una sustancia particular, mediante la medición del tiempo de transferencia de una cantidad de calor conocida que pasa a través de una lámina constituida del material en cuestión. El propósito de este laboratorio es estudiar el mecanismo de conducción en sólidos. La base matemática del proceso de conducción es la ley de "Fourier" y a través de ella determinaremos la conductividad térmica “k” de 2 materiales y su variación con respecto a la temperatura.

1.1.2 Objetivos

Objetivo general:

Comprender y aplicar la relación de conducción de Fourier.

Objetivos específicos:

Determinar la conductividad térmica “k” de un material predeterminado.

Analizar la dependencia y variación de la conductividad térmica “k”, con respecto a la temperatura.

1.1.3 Alcances de la experiencia

Se observaron complicaciones para determinar con precisión las variaciones que arrojaban las termocuplas ya que una de estas se encontraba defectuosa. Además se presento una mala calibración de los equipos.

Es por esto que se debe considerar trabajar para este tipo de experiencias con equipamiento en óptimas condiciones.

Hipótesis

1.2.1 Supuesto:

La conductividad térmica (K) depende de la Temperatura = K (T), donde las variables serán K y T, las cuales serán calculadas y medidas, con ello podemos ver la relación que existe entre ellas.

1.2.2Significación de Variables:

El valor de La temperatura T estará relacionado con el gradiente de temperatura que se generará en el sistema en base a la disposición de las placas y/o termocuplas. Este parámetro en un comienzo será una incógnita junto con nuestro objetivo principal que es la obtención de la conductividad térmica, sin embargo, mediante una serie de procedimientos empíricos, puede ser obtenida. A dicho valor se le aplicará la fórmula proveniente de la ley de fourier y siendo conocidos y medidos los demás parámetros, se podrá obtener el valor de la conductividad térmica K .

2.0

Marco teórico

Termocupla:

Es un transductor de temperaturas, es decir, un dispositivo que convierte una magnitud física en una señal eléctrica. Está constituida por dos alambres metálicos diferentes que unidos, desarrollan una diferencia de potenciad eléctrica entre sus extremos libres que es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre estas puntas y la unión. Se suelen fabricar con metales puros o aleaciones (caso más común) y la característica más notable es que son empleadas para medir temperaturas en un rango noblemente grande comparadas con otros termómetros. Valores típicos del rango están entre 70 K y 1700 K, pudiéndose llegar en algunas circunstancias con aleaciones especiales hasta los 2000 K.

Una termocupla, en rigor, mide diferencias de temperaturas y no temperaturas absolutas. Esto hace necesario el uso de una temperatura de referencia, por lo que suele emplearse un baño de agua con hielo (0º C). El empleo de termocuplas para medir temperaturas está fundamentado en el efecto seebeck que a su vez es una combinación de dos efectos: el Thompson y el Peltier.

Los termopares están disponibles en diferentes modalidades, como sondas. Estas últimas son ideales para variadas aplicaciones de medición, por ejemplo, en la investigación médica, sensores de temperatura para los alimentos, en la industria y en otras ramas de la ciencia, etc.

Conducción de Calor

La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo o entre diferentes cuerpos en contacto por medio de transferencia de energía cinética de las partículas.

El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de calor en los materiales es la conductividad térmica, una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una substancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

Ley de Fourier

De acuerdo a la Ley de Fourier tenemosQ ̇=-k*A*dT/dx

Donde Q ̇es la energía transferida por unidad de tiempo, k es la conductividadtérmica, A es el área transversal al flujo de energía ydT/dxes el gradiente de T.

En forma promedio, está relación se puede escribir como:

Q ̇=k*A*((T_H-T_L))/∆x

Esta relación promedio se cumple en una placa cuyas medidas superficiales sonconsiderablemente mayor que el espesor, de tal forma que solo se considera unflujo “calórico” unidimensional que avanza a través de la placa. En la cara deinicio del flujo se impone una temperatura TH y en la superficie de salida, unatemperatura TL. Con esto se tiene TH>TL, lo que define un gradiente detemperatura (TH-TL)/ Δ , el que está relacionado con la cantidad de calor quecircula por la placa, mediante la “Ley de Fourier”.

Conductividad Térmica

La conductividad térmica es una propiedad intrínseca de los materiales que valora la

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