TRANSMISIÓN DE CALOR: CONDUCCIÓN RADIAL
Enviado por Chalososa • 24 de Octubre de 2021 • Informes • 1.607 Palabras (7 Páginas) • 335 Visitas
Universidad Arturo Prat[pic 1]
Ingeniería Civil Industrial Mención Gestión
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Laboratorio N°3 de Ciencias de la Ingeniería
TRANSMISIÓN DE CALOR: CONDUCCIÓN RADIAL
Gonzalo Sosa / gonzalososasepulveda@gmail.com, gososas@estudiantesunap.cl
Profesor: Williams Leiva Jeldrez
22 de enero de 2021
Índice
Resumen 2
Introducción 2
Objetivos 3
Datos y Resultados 6
Discusiones 11
Conclusión 12
Resumen
El experimento consiste en experimentar la conducción del calor radialmente desde una fuente de calor central a través de un disco de metal de dimensiones uniformes. Se dispone de un calentador en el centro para generar la energía calórica (la “fuente de calor”) y un tubo circular de enfriamiento alrededor de la circunferencia del disco (el “sumidero de calor”). El agua fría suministrada a la base de la unidad fluye a través de un tubo de enfriamiento para remover la energía calórica.
Introducción
Los cuerpos, sometidos a la influencia de una fuente calórica, se calientan, es decir, absorben parte del calor transmitido. También esos cuerpos, en función del material de que están constituidos, no absorben ese calor de la misma forma e intensidad.
El calor absorbido por el cuerpo lo recorre interiormente, desde la cara expuesta a la fuente calórica, hasta la cara opuesta. Es decir, desde una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura.
En este fenómeno, que se conoce con el nombre de conductividad térmica, no todo el calor absorbido por la cara expuesta llega hasta la opuesta. Esto se puede comprobar aplicando una mano sobre ambas caras, con lo cual se notará que la cara opuesta está más fría que la expuesta.
Esto significa que el cuerpo opuso cierta resistencia al paso del calor por su interior; este fenómeno se conoce como resistencia térmica del material.
La propiedad de retener parte del calor absorbido e impedir su paso total de una cara a la otra del cuerpo, es la capacidad aislante al calor que posee el material.
Objetivos
- Graficar perfil de temperaturas con respecto a la distancia desde la fuente de calor.
- Calcular conductividad térmica utilizando los diversos gradientes de temperatura (T1 - T2; T2 - T3; etc.).
Las mediciones realizadas en el laboratorio básicamente consisten en mediciones experimentales, este equipo posee 7 termocuplas igualmente espaciadas alrededor del disco. Las temperaturas indican el gradiente en torno al disco entre la fuente y el sumidero de calor.
[pic 2]
Procedimiento
Se abren las válvulas que permiten el flujo de agua en sistema de enfriamiento y enseguida se enciende el calentador a una potencia de indicada por el profesor.
Espere que las temperaturas se estabilicen y luego registre sus valores, desde T1 hasta T7. Finalmente apague el calentador y suspenda el suministro de agua.
POTENCIA ELECTRICA Y VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE CALOR
La potencia eléctrica, en condiciones ideales, suministrada a un calentador s una medida directa y precisa de la energía calórica que se emite o conduce.
La potencia eléctrica en el calentador es el producto del voltaje () y la corriente suministrada (), es decir.[pic 3][pic 4]
[pic 5]
La velocidad de transferencia de calor es la cantidad de energía calórica transferida en un cierto tiempo, o . Para simplificar la ecuación, se representa con el símbolo , por lo tanto[pic 6][pic 7]
[pic 8]
La unidad (Watt) de potencia eléctrica es también una medida de la velocidad de transferencia de calor (un Joule por segundo), esto es:
[pic 9]
La ecuación para la transferencia de calor radial se deduce de la aplicación de la ley de Fourier y el gradiente de temperatura no es lineal, sino curva, la cual obedece una función polinomial.
Las relaciones fundamentales aplicables a esta práctica son
Ley de Fourier [pic 10]
Ley de Fourier en coordenadas cilíndricas [pic 11]
Condiciones de borde: r = ri T = Ti
r = ro T = To
Reemplazando las condiciones de borde en la ley de Fourier se obtiene la ecuación integrada de la ley de Fourier en coordenadas cilíndricas
[pic 12]
Datos y Resultados
Punto | Radio (mm) | 0 min | 5 min | 10 min | 15 min |
1 | 20 | 29,1°C | 43,3 | 44,8 | 45 |
2 | 30 | 27,3 | 38,6 | 39,9 | 40,1 |
3 | 40 | 26,6 | 35,6 | 36,8 | 36,9 |
4 | 50 | 26,1 | 33,3 | 34,3 | 34,5 |
5 | 60 | 25,6 | 31 | 31,9 | 32,1 |
6 | 70 | 25,4 | 29,3 | 30 | 30,1 |
7 | 80 | 25,3 | 27,9 | 28,3 | 28,4 |
20 min | 25 min | 30 min | 35 min | 40 min |
45 | 45 | 45,1 | 45,1 | 45,1 |
40,2 | 40,2 | 40,2 | 40,2 | 40,2 |
37 | 37 | 37,1 | 37,1 | 37,1 |
34,6 | 34,6 | 34,7 | 34,7 | 34,8 |
32,1 | 32,2 | 32,2 | 32,3 | 32,3 |
30,2 | 30,2 | 30,3 | 30,3 | 30,3 |
28,5 | 28 | 28,6 | 28,7 | 28,7 |
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