Conducción de calor

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RESUMEN

La transferencia de calor abarca el estudio de todos los conceptos y leyes fundamentales que permitirán conocer, predecir e identificar diversos fenómenos asociados a cualquier paso de energía desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Para ello es necesario el conocimiento de los principios y conceptos básicos referentes a dicho estudio la conducción de caloraxial es uno de ellos. En el presente informe se muestra la manera en que se manipulan los datos obtenidos a través de la practica realizada que plantea los estudios de la transferencia de calor por conducción haciendo hincapié en la ecuación de Fourier para flujo de calor axial para así determinar el gradiente de temperaturas al variar el calor transferido y el coeficiente de conductividad térmicade los materiales en estudio.

Luego de manipular cada uno de los valores obtenidos, se hará el respetivo análisis y se mostraran conclusiones respecto a cada uno de los objetivos planteados para este informe.

OBJETIVOS

Determinar la distribución de temperatura para la conducción de calor en estado estable para probetas cilíndricas, cuando hay flujo de calor axial y radial.Demostrar el efecto sobre el gradiente térmico en las probetas estudiadas al cambiar la magnitud del flujo de calor.

Comparar las respuestas de cada sensor en el intervalo de temperatura investigado.

Encontrar la relación matemática que físicamente exprese y/o represente el gradiente de temperatura para cada caso.

Determinar la conductividad térmica de los materiales involucrados.
 FUNDAMENTOS TEORICOS

Concepto de Calor

El calor, es la energía que se transfiere de una región a otra en un cuerpo, (o entre diferentes cuerpos), en virtud de que existe una diferencia de temperatura entre éstas. Entre 1840 y 1849, el físico británico James Prescott Joule, demostró que el calor es energía en tránsito y siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura.Transferencia de calor por conducción

Transferencia de calor es el proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.

El mecanismo de transferencia de calor por conducción, puede ocurrir en sólidos, líquidos y gases. En los sólidos opacos, la única forma de transferencia decalor es la conducción, por ejemplo, si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe unadiferencia de temperatura.

En 1822, el matemático francés Joseph Fourier, basado en numerosas pruebas experimentales, formuló una ecuación matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor (cantidad de energía que se transfiere por unidad de tiempo) a través de un cuerpo es proporcional al gradiente detemperatura que existe en el cuerpo, con el signo invertido. Cuando el flujo de calor ocurre en la dirección axial, la ecuación de Fourier se escribe como:

q_x=-kA dT/dx Ecuación 1

Donde:
qx, es la velocidad con que se transfiere el calor en la dirección axial en W.
k, es la constante de proporcionalidad y representa una propiedad de transporte de cada material llamada conductividadtérmica, sus unidades son W/ (m2.K).
A, es el área perpendicular al flujo de calor, en m2.
dT/dx, es el gradiente de temperatura en la dirección x.

Como el gradiente de temperatura disminuye en la dirección al flujo de calor, el signo menos hace que el calor siempre sea una magnitud positiva.

Distribución de Temperatura

Flujo de calor en dirección axial

Si por una probeta metálica...
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