Guia de practicas de transf de calor

GUÍA DE PRÁCTICAS

EXPERIMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

POR:
ING. WILLEBALDO M. LEÓN HANCCO

PRACTICA 01
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
Introducción
El calor es la forma de energía que puede ser transferida de un sistema a otro debido a una diferencia de temperatura.
La transferencia de energía siempre ocurre de un medio de alta temperatura a una medio detemperatura menor, y esta transferencia termina cuando ambos medios o sistemas alcanzan la misma temperatura.
El calor puede ser transferido en tres maneras distintas: conducción, convección y radiación. La conducción es el único mecanismo de transmisión del calor posible en los medios sólidos. Cuando en estos cuerpos existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite de la región de mayortemperatura a la de menor temperatura debido al contacto directo entre las moléculas del medio.
Marco Teórico
La conducción es la transferencia de energía debida a la interacción entre partículas, además, puede llevarse a cabo en sólidos, líquidos y gases. En líquidos y gases, la conducción se debe a la colisión y difusión de sus moléculas en su movimiento aleatorio. En sólidos, se debe a lasvibraciones en su parámetro de red en nivel molecular en conjunto con el transporte de energía de electrones libres.
El caso más sencillo de conducción es el que se establece en sólidos de caras paralelas de manera que el flujo será unidireccional, cuando dicho sólido se encuentre en equilibrio termodinámico sin variar su temperatura en el tiempo (régimen estacionario), que implica que no existeacumulación de calor, y que además no exista generación de calor.
Considerando conducción en estado estable a través de una pared muy larga con espesor Δx = L y un área trasversal a la transferencia de calor A, la diferencia de temperatura a través de la pared será ΔT = T2 – T1. Así, obtenemos la expresión:
[pic]
donde la constante de proporcionalidad k es la conductividad térmica y es unapropiedad del material.
Ésta propiedad se traduce como la habilidad de un material para conducir calor. La expresión en forma diferencial cuando el espesor es muy pequeño (Δx → 0 ) resulta en la expresión:
[pic]
La expresión anterior se conoce como la ley de Fourier para transferencia de calor. Donde dT / dx es el gradiente de temperatura; este gradiente es la pendiente de una curva T vs. xlocalizada a cierta distancia X. La ecuación indica que la cantidad de calor transferido en cierta dirección es proporcional al gradiente de temperatura en la misma dirección. Debido a que la transferencia de calor se da en la dirección de menor temperatura, y el gradiente de temperatura se hace negativo a manera que la temperatura decrece cuando aumenta la distancia x, la ecuación de Fourier lleva unsigno negativo; al agregar este signo aseguramos que la cantidad de calor transferida sea positiva en la dirección x positiva.
Conductividad Térmica
La conductividad térmica de un material se define como la tasa de transferencia de calor a través de un espesor unitario por unidad de área por unidad de diferencia de temperatura de un material. La conductividad térmica es una medida de la rapidezcon la que el calor fluirá por determinado material. Cuando esta es muy grande, se dice que el material es un buen conductor de calor, si esta es baja, el material se considera un aislante térmico.
[pic]
Resistencia de Contacto
La caída de temperatura en el plano de contacto entre dos materiales, se debe a la resistencia térmica al contacto. En la realidad, aún las superficies que se ven lisasante el ojo humano tienen imperfecciones, claramente visibles ante un microscopio.
Cuando dos superficies están en contacto, los picos de las irregularidades del material forman buen contacto con el material adyacente, pero los valles admiten aire en su interior. Como resultado, existe una interfase que con cierto número de espacios llenos de aire que actúan como aislantes, debido a la baja...