Transferencia de calor por conducción. Determinación de la conductividad térmica
Enviado por 887t655 • 3 de Marzo de 2020 • Ensayos • 2.140 Palabras (9 Páginas) • 94 Visitas
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Nacional de Ciencias Biológicas[pic 1][pic 2]
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA BIOQUÍMICA
LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRASPORTE
Práctica 1
“Transferencia de calor por conducción. Determinación de la conductividad térmica.”
Fecha de realización: 5 de Febrero del 2020
Alumnos:
Quintana Sandoval Jazmin Oliva
Servín Soria Denisse
Montiel Chávez Jessica
Pérez Almazán Ricardo
Profesores: Dr. Erick Aranda García / Dra. Flor de Ma. Guillén Jiménez
4IM2
Fecha de entrega: 12 de Febrero de 2020
Introducción
La ciencia de la transferencia de calor está relacionada con la razón de intercambio de calor entre cuerpos calientes y fríos llamados fuente y recibidor.
La conducción es la transferencia de calor a través de un material fijo tal como una pared. La dirección del flujo de calor será a ángulos rectos en la pared, si las superficies de la pared son isotérmicas y el cuerpo es homogéneo e isotrópico. El flujo de calor a través de la pared dependerá del cambio en la temperatura (la cual impulsa al calor a través de ésta) y de su área (Q. Kern, 1999). Si t es la temperatura en cualquier parte de la pared y x es el grueso de la pared en dirección del flujo de calor entonces el flujo de calor está dado por la ley de Fourier (S. Foust, 2006). Sí k no varía con la temperatura:
[pic 3]
En realidad, esta ley es una simple definición de k. El gradiente de temperatura tiene signo negativo si se supuso que hay una temperatura mayor en la cara de la pared en donde x=0 y menor en la cara donde x=X. La conductividad térmica de los sólidos tiene un amplio rango de valores numéricos dependiendo de si el sólido es relativamente un buen conductor del calor, tal como un metal, o un mal conductor.
Aun cuando la conducción de calor se asocia usualmente con la transferencia de calor a través de los sólidos, también es aplicable a gases y líquidos, con sus limitaciones.
La conductividad térmica, dentro de la Ley de Fourier, corresponde a la constante de proporcionalidad entre la densidad de fujo de calor y el gradiente de temperatura (Esplagos, 2005). La conductividad térmica es una propiedad de transporte, pues indica el transporte de energía en un sólido (electrones libres) o en un fluido (movimiento molecular).
El valor de conductividad depende del material y de su estado físico, es decir, el valor de k es distinto para cada material. Una sustancia que tiene una gran conductividad térmica es un buen conductor de calor, en cambio un material con pequeña conductividad térmica es un mal conductor del calor (aislante térmico). El valor de k depende también de la temperatura; en muchos casos, la diferencia es aproximadamente lineal (Ríos, 1995).
En cuanto al material utilizado en la práctica, a través del cual se llevará a cabo la transferencia de calor, es el latón. Los latones son aleaciones binarias de cobre y zinc combinados en distintas proporciones que oscilan entre: Cu de 50- 95% y Zn de 50- 5%.
El latón es un material de múltiples usos en la industria. Sus propiedades físico-mecánicas y su característico color hacen que se use en distintas aplicaciones (Mora, 2011).
Objetivo General
- Estudiar la ley de Fourier para la conducción lineal de calor a lo largo de una barra sencilla de latón.
Objetivos Específicos
- Reafirmar los conocimientos vistos en clase sobre la transferencia de calor por conducción, a través de una pared plana sólida no porosa.
- Determinación de la conductividad térmica de una barra de latón, aplicando la Ley de Fourier para estado estable unidireccional.
Procedimiento de operación
- Verifique que el switch del equipo se encuentre en OFF.
- Conecte el aparato como lo muestra la figura 1 (Figura en apartado de equipo utilizado).
- Coloque la barra de latón en el sitio de prueba y cierre el sistema. Verifique que tenga la crema de contacto.
- Verifique que las tuberías del agua estén conectadas a la toma del agua de enfriamiento y a la del desagüe.
- Verifique que el equipo se encuentre conectado a la corriente eléctrica (110 Volts).
- Conecte los nueve sensores a las entradas que se encuentran en la parte superior de la barra de prueba.
- Abra Ia válvula del agua y asegúrese de que fluya de forma libre al drenaje. Esto debe verificarse a intervalos.
- Gire completamente en sentido contrario a las manecillas del reloj la perilla que controla la potencia eléctrica.
- Coloque la perilla del encendido principal en la posición ON.
- Inicie el procedimiento experimental
- Gire completamente en sentido contrario a las manecillas del reloj la perilla que controla la potencia eléctrica y coloque la perilla de encendido en la posición OFF.
Desarrollo Experimental
[pic 4]Materiales
- Aparato para la conducción de calor, Armfild HT1.
- Barra de laton de 30 mm y 25 mm de diámetro.
Equipo utilizado
Figura 1. Aparato para la conducción de calor.
[pic 5]
Resultados obtenidos
Tiempo (min) | Watts | T1 | T2 | T3 | T4 | T5 | T6 | T7 | T8 | T9 |
0 | 0 | 21.5 | 21.5 | 21.4 | 21.5 | 21.7 | - | 20.3 | 20.4 | 20.2 |
1 | 10 | 22.2 | 22 | 21.9 | 21.6 | 21.8 | - | 23.4 | 20.2 | 20.2 |
5 | 9.5 | 32.5 | 31.6 | 31 | 28 | 27 | - | 27.2 | 20.2 | 19.7 |
10 | 9.8 | 41.4 | 39.3 | 38.4 | 34.4 | 32.5 | - | 31.5 | 20.8 | 19.8 |
15 | 9.8 | 46.1 | 43.7 | 43.3 | 38.7 | 36.2 | - | 34.4 | 21.5 | 20.1 |
20 | 9.8 | 49.3 | 47.1 | 46.1 | 41.8 | 38.9 | - | 36.6 | 21.9 | 21.1 |
25 | 9.6 | 51.8 | 49.5 | 48.3 | 44 | 41.1 | - | 38.3 | 22.2 | 20.5 |
30 | 9.9 | 53.5 | 46.5 | 49.9 | 45.5 | 42.8 | - | 38.8 | 21.9 | 20.7 |
35 | 9.7 | 55.1 | 52.6 | 51.4 | 46.8 | 44 | - | 41 | 22.5 | 20.7 |
40 | 10.4 | 56.3 | 53.7 | 52.4 | 47.9 | 45 | - | 42 | 22.7 | 21.7 |
45 | 9.8 | 57.8 | 55.3 | 53.2 | 49.2 | 46.2 | - | 43 | 22.9 | 21.4 |
50 | 9.7 | 58.8 | 56.4 | 54.8 | 50.1 | 47 | - | 43.8 | 23 | 20.7 |
Tabla 1. Resultados obtenidos experimentalmente.
Nota: El T6 estuvo descompuesto y fue sustituido por el T7, por lo que no afectaron las distancias.
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