conduccion


Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Industrias











ILN221 – Gestión Energética 2

Informe de Laboratorio
"Transmisión de Calor por Conducción"















27/12/2011


Índice



















Introducción

La conducción es el flujo de calor a través de medios sólidos por la vibración interna de lasmoléculas, de los electrones libres y por choques entre ellas. Es el único mecanismo de transmisión de calor posible en los medios sólidos opacos. Cuando en estos cuerpos existe un gradiente de temperatura en una dirección el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura, siendo el calor transmitido por conducción proporcional al gradiente de temperatura () y a lasuperficie (A), a través de la cual se transfiere .El flujo real de calor (Q) depende de la conductividad térmica(k) que es una propiedad física del cuerpo, la ecuación que relaciona esto es la Ley de Fourier y se relaciona de la siguiente forma:


Así como se ha estudiado el flujo de calor de un medio de mayor temperatura a uno de menor temperatura, también se ha estudiado la capacidad deenfriamiento de este. Newton estudió el fenómeno de la transferencia de calor y demostró que en el enfriamiento de cuerpos que no están a una temperatura muy elevada se cumple una sencilla ley, según ésta ley empírica la razón con que cambia la temperatura ( ) de un objeto es proporcional a la diferencia entre su temperatura (T) y la del medio que le rodea (To), que es la temperatura ambiente.Donde es una constante de proporcionalidad y representa el tiempo característico de enfriamiento.





















Objetivos

Obtención de la conductividad mediante Ley de Fourier radial y placa plana.

Obtención del tiempo característico de enfriamiento para placa plana y configuración radial mediante Ley de enfriamiento de Newton.

Metodología experimentalSe realizaran dos experiencias, una relacionada con la Ley de enfriamiento de Newton y otra para Ley de Fourier, ambas para configuración radial y placa plana.

Ley de enfriamiento de Newton

Es representada por la siguiente ecuación:



En el laboratorio se busca determinar el tiempo característico de enfriamiento para ambas configuraciones. Integrando la ecuación se obtiene:Al integrar se obtiene una forma linealizada, lo que permite obtener el tiempo característico representado por la pendiente al graficar Ln(T-To) vs. tiempo. Es por esto que en la experiencia se obtienen los datos de temperatura en distintos puntos del objeto en el transcurso del tiempo.
P ara ambos objetos se utiliza la misma ecuación ya que no depende de su geometría.

Procedimiento:
Elevarla temperatura del cuerpo a estudiar.
Abrir llave para el ingreso del refrigerante (agua) que permita disminuir temperatura.
Medir variación de temperatura en el tiempo hasta que sea constante
Del grafico Ln(T-To) vs tiempo obtener pendiente y tiempo característico de enfriamiento

Ley de Fourier

Mediante la Ley de Fourier se buscara determinar la conductividad de los objetosmencionados.
La ecuación que representa las relaciones descritas es la siguiente:



Para el caso de placa plana en un área y conductividad constante, se obtiene:

A=
Para el disco al integrar se obtiene:

Donde

Procedimiento:
Aplicar flujo de calor conocido al objeto.
Realizar medición de temperaturas en un tiempo dado a distintos espesores o radios.
Mediante la variación de temperatura yvariación de espesor o radio obtener el valor de conductividad correspondiente.













Resultados

Ley de enfriamiento de Newton (placa plana)

Se realizo la linealización de los datos presentes en el anexo 1 para obtener el perfil de temperatura en el tiempo y así obtener sus respectivas ecuaciones de recta
Con To=15°C


Figura 1: Linealización perfil de...