Practica no-9
- 1. Practica No. 9 Conductividad Objetivo: Determinar en forma experimental el valor del coeficiente térmico k. Marco teórico Siempre que existe un gradiente de temperaturas en un sistema o siempre que dos cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto, se transfiere energía. Este proceso se conoce como Transferencia de calor. Conducción. Caso Estacionario y Unidimensional Siempre que existe un gradiente de temperaturas en un medio sólido, el calor fluirá desde la región con mayor temperatura a la región con menor temperatura. La Ley de Fourier indica que potencia calorífica que se transfiere por conducción qk es proporcional al gradiente de temperatura y a área a través de la cual se transfiere el calor: Dónde: k es la constante de proporcionalidad llamada conductividad térmica y refleja las propiedades conductoras del material; el signo negativo indica que cuando la temperatura aumenta con la posición, el calor fluye hacia regiones de menor temperatura. q = velocidad del flujo de calor en dirección normal a la superficie A = área de la superficie T = temperatura x = distancia normal a la superficie k = constante de proporcionalidad o conductividad térmica
- 2. Coeficiente de conductividad térmica La constante de proporcionalidad k es una propiedad física de la sustancia que se denomina como conductividad térmica. Al igual que la viscosidad newtoniana 𝜇, es una de las propiedades de transporte del material. En la ecuación de la ley de Fourier, 𝑞 𝐴⁄ es la velocidad de flujo de calor por unidad de área, 𝑑𝑇 𝑑𝑥⁄ es el gradiente de temperatura, y k es el factor de proporcionalidad. En unidades de ingeniería, q se mide en watts o Btu/h y 𝑑𝑇 𝑑𝑥⁄ en °C/m o °F/ft. Entonces las unidades de k son W/m°C o Btu/ft2 h (°F/ft), lo cual puede escribirse como Btu/fth°F. La ley de Fourier establece que k es independiente del gradiente de temperatura, pero no necesariamente de la temperatura misma. El experimento confirma la independencia de k en un amplio intervalo de gradientes de temperatura, excepto para sólidos porosos, donde la radiación entre las partículas, que no siguen una ley lineal con la temperatura, es responsable de una parte importante del flujo total de calor. Por otra parte, k es una función de la temperatura, pero no fuertemente. Material y equipo 1 Plancha 1 ladrillo Yeso Foam Cinta adhesiva gris Madera Termometro infrarojo 2 soportes universales 2 pinzas Reactivo Silicone 100%
- 3. Procedimiento Para la elaboración de esta práctica se realizó una pieza en forma de placa de una plancha, de ladrillo, cubierta por material aislante que fueron yeso y foam. 1. Pedir y limpiar adecuadamente el material a utilizar. 2.Con los soportes universales, colocar el material en forma vertical para que este en contacto con la placa de plancha. 3. Medir en ancho de la pieza (ladrillo) 4. Aislar las piezas con foam y cinta adhesiva 5.Se tomará la temperatura en ambos extremos; cara interna (cara a la placa de la plancha); cara externa (cara al ambiente), se procederá a calentar el material tomando el tiempo de calentamiento con un cronómetro. Después de cierto tiempo determinado, se seguirán tomando mediciones. 6. Para empezar a realizar los cálculos para obtención del coeficiente de conductividad térmica: encender la plancha y esperar un poco a que se caliente el sólido. 7. Tomar medición de la temperatura en ambos extremos. 8. Despejando la ley de Fourier, obtener el valor del coeficiente de conductividad térmica. 9. Limpiar el área de trabajo. Datos iniciales Temperaturas ambientes: 27.5
- 4. Cálculos y resultados Placa de la plancha y pieza de material de ladrillo Determinación del coeficiente k Datos obtenidos 2 135.0 mA mdx 045.0 CTo 96.33 CTf 82.121 wattsQ 1100 Temperatura (°F) Tiempo (min) 240.2 10 245.3 15 253.6 17 246.5 21 254.1 23 254.6 26 256.4 30 254.3 32 256.6 36 Cara externa (cara en contacto con la placa de la plancha) Cara interna (cara en contacto con el ambiente) Temperatura (°F) Tiempo (min) 77.8 10 83.2 13 87.2 16 91.3 19 95.3 22 98.5 25 100.2 28 102.5 31 102.3 35
- 5. Sustituyendo Cm W C m m s J k 17.4 96.3382.121 045.0 135.0 1100 2 Observaciones Hay que considerar que el ladrillo se encontraba un poco humedecido, lo que pudo provocar alteraciones en el experimento. Conclusión Los coeficientes de conductividad térmica son de gran importancia ya que brindan información acerca de cómo se comporta el material cuando es expuesto al calor. Por lo tanto consideramos que este tipo de prácticas nos beneficia en gran medida al momento de desempeñarnos laboralmente ya que nos brinda una noción de las propiedades de ciertos materiales (conductores, aislantes, recubrimientos, etc...).
- 6. Fuentes de información Recuperado de: https://www.fing.edu.uy/~skahan/tranferenciacalor.pdf Recuperado de: https://www.fing.edu.uy/if/cursos/fister/modulos/tcalor/clases/tc1.pdf