Medición De Conductividad Térmica

SEP

SNEST

DGEST

“INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA”

INGENIERÍA QUÍMICA
LABORATORIO INTEGRAL I

Practica No. 7 Conductividad térmica de Solidos y coeficientes de transferencia de Calor.

INTEGRANTES:
BERNAL GARCÍA LISBETH GABRIELA CONTRERAS HERNÁNDEZ MONTSERRAT HERNÁNDEZ GARNICA KAREN SANDOVAL GONZALEZ STEPHANY VELÁZQUEZ NAVARRETE HILDA BERENICE

PROFESORA: MARIA DEL CARMENCARREÑO DE LEON

Metepec, México 8 de Octubre del 2012.

1

INTRODUCCIÓN

1.1 Objetivo general Determinar experimentalmente la conductividad térmica de algunos sólidos como el vidrio, hierro, cobre y aluminio.

1.2 Hipótesis Al calentar diversos materiales se observará la conducción térmica de cada uno de ellos.

1.3 Fundamentos teóricos Diversos materiales tienen la propiedad de conducirel calor, los que tienen esa propiedad se llaman conductores; los que no, aislantes. Esta propiedad se puede medir y su medida se llama, conductividad térmica.

Para que exista conducción de calor es necesario que exista un medio donde se propague pero que no haya transferencia de masa. Cuando se aumenta la temperatura de algún material la materia varia el comportamiento de su estado molecular,incrementándose su movimiento, es decir, las moléculas salen de su estado de inercia o reposo y adquieren un movimiento cinético provocado por el aumento de temperatura. Si a un elemento o cuerpo se le incrementa la temperatura por cualquier medio, decimos que la materia se calienta, este calor se desplaza desde la zona más caliente hasta el punto más alejado del foco calórico. El flujo neto seproduce siempre en el sentido de la temperatura decreciente.

Los mecanismos por los que fluye el calor son tres: conducción, convección y radiación. En esta práctica el mecanismo de interés y que será analizado es el mecanismo por conducción.

Conducción. Si existe un gradiente de temperatura en una sustancia, el calor fluye sin que tenga lugar un movimiento observable de la materia. El flujo decalor de este tipo recibe el nombre de conducción, y de acuerdo con la ley de

Fourier, el flujo de calor es proporcional al gradiente de la temperatura y de signo opuesto. Para el flujo de calor en una dimensión, la ley de Fourier es:

donde: q - velocidad de flujo de calor normal a la superficie A - área de la superficie T - temperatura X - distancia normal a la superficie k - constante deconductividad térmica

La constante de proporcionalidad k es una propiedad física de las sustancias que se denomina conductividad térmica. Al igual que la viscosidad newtoniana µ, es una de las propiedades de transporte del material. La ley de Fourier establece que k es independiente del gradiente de temperatura pero no necesariamente de la temperatura misma. El experimento confirma laindependencia de k con un amplio intervalo de gradientes de temperatura, excepto para sólidos porosos, donde la radiación entre las partículas, que no siguen la 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 tiene una dependencia grande. Para pequeños intervalos de temperatura, k se consideraconstante. Para intervalos de temperaturas mayores, la conductividad térmica generalmente se calcula de manera aproximada por medio de una ecuación de la forma:

K = a + bT

donde a y b son constantes empíricas

1.3.1 Modelo matemático La base matemática para un proceso de transferencia de calor por conducción es la ley de Fourier, la cual dice:

donde: calor intercambiado diferencia detemperaturas área de sección transversal espesor de la muestra conductividad térmica

En función con el valor de k los materiales se pueden clasificar en buenos conductores de calor, k elevadas, o malos conductores, k bajas.

Para determinar el valor del coeficiente de la conductividad térmica, despejamos k en la ecuación anterior y tenemos:

1.3.2 Variables y parámetros Las variables con las...