Laboratorio operaciones unitarias - conducción

INFORME EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
CONDUCCIÓN UNIDIMENSIONAL

Combariza Díaz, Jesús Alonso; Pérez Torres, Carolina; Berrío Gómez, Diana Catalina
Universidad de Antioquia
Departamento de Ingeniería Química
Email: jealcodi@hotmail.com

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Resumen. Se presenta un informe sobre las observaciones hechas del fenómeno de la conducción decalor en una dimensión en dos geometrías diferentes, un cilindro recubierto por un aislante (transferencia de calor axial) y un disco, también recubierto por un aislante (transferencia de calor radial). Se presenta cálculos matemáticos para obtener la conductividad térmica de los materiales utilizados (bronce, acero inoxidable) y un análisis del efecto de la variación del área de transferencia decalor tanto en el cilindro como en el disco.

Palabras clave: conducción de calor, transferencia de calor unidimensional, conductividad térmica.
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Abstrac. We present a report about the observations of heat conduction phenomenon in one dimension in two differents geometries, a cylinder covered by an insulator (axial heat transfer) and a disk,also covered by a insulator (ratial heat transfer). We present mathematical calculations for obtain the thermal conductivity of used materials (bronze, stainless steel) and an analysis of effect of the variation the heat transfer area both the cylinder and the disk.

Keywords: heat conduction, unidimensional heat transfer, thermal conductivity.-------------------------------------------------

1. Introducción

La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto por medio de vibraciones mecánicas de los átomos que lo componen [1]. El principal parámetro dependiente delas propiedades del material que regula la conducción de calor es la conductividad térmica, una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de un cuerpo de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a las moléculas adyacentes del mismo cuerpo o cuerpos en los alrededores con los que está en contacto directo.
Los ejemplos de transferencia de calor porconducción son innumerables [2]. El extremo expuesto de una cuchara metálica introducida súbitamente en una taza de café caliente se calentará debido a la conducción de energía a través de la cuchara. En un día invernal hay una pérdida significativa de energía de una habitación caliente hacia el exterior, esta pérdida se debe principalmente a la transferencia de calor por conducción a través de lapared que separa el aire de la habitación del aire exterior.
Es posible cuantificar los procesos de transferencia de calor en términos de las ecuaciones o modelos apropiados. Estas ecuaciones o modelos sirven para calcular la cantidad de energía que se transfiere por unidad de tiempo. Para la conducción de calor, la ecuación o modelo se conoce como ley de Fourier. Para la pared plana unidimensional,la cual tiene una distribución de temperatura T(x), la ecuación o modelo se expresa como:

qx"=-kdTdx ecn.1

El flujo de calor o transferencia de calor por unidad de área es la velocidad con que se transfiere el calor en dirección x por área unitaria perpendicular a la dirección de transferencia, y es proporcional al gradiente de temperatura en esta dirección. El signo menoses una consecuencia del hecho de que el calor se transfiere en la dirección de la temperatura decreciente.
La ley de Fourier implica que el flujo de calor es una cantidad direccional [3]. En particular, la dirección del flujo de calor es normal hacia una superficie de temperatura constante, denominada superficie isotérmica.
El uso de la ley de Fourier hace obligatorio el conocimiento de la...