Practica de fluidos y calor

INSTITUTO TECNOLOGICO DE MERIDA

INGENIERIA QUIMICA

LABORATORIO INTEGRAL 1

PRÁCTICA NUMERO 3



CURSO 2011
LABORATORIO INTEGRAL 1
PRACTICA 3

Práctica del Laboratorio Fluidos y Calor. Versión para el Maestro.
Tema: Conducción de calor

Justificación: Existe un kit de conductividad térmica en los Laboratorios de Fluidos y Calor pero no hay una práctica del tema.
Nombre:Constante de conductividad térmica
Objetivo: Entender un procedimiento para determinar la constante de conductividad térmica de algunos materiales de construcción en forma de placas delgadas.
Comprender que parámetros intervienen y la importancia de medir el flujo de calor en la determinación de la constante de conductividad térmica.
Generador de vapor
Hielo
Placa analizada
Hielo derretidom/t
Cámara de vapor
Balanza
Q/t
Temperatura de fusión del hielo = Tf
Temperatura del vapor = Ti
Entrada de vapor
Diseño esquemático de un aparato de conductividad térmica en donde se muestran las partes principales. T = Ti -Tf
Materiales:
1. Kit de Conductividad Térmica con placas delgadas de materiales de construcción
2. Cronómetro
3. Balanza de 0.01 gr.
4.Vernier
5. Hielo Picado
6. Vaso de precipitado de 100 ml
7. Probeta de 100 ml
8. Termómetro digital
Introducción
La determinación de la constante de conductividad térmica de placas de materiales depende de la medición del flujo de calor que pasa a través de la muestra, de la diferencia de temperatura entre las dos caras y del espesor de la placa. En este experimento la cantidad decalor que pasa a través de la placa se determina por la cantidad de hielo derretido por el flujo de calor que logra traspasarla por unidad de tiempo. En la figura se muestra un diagrama del aparato de conductividad térmica utilizado.
La ecuación que representa el flujo de calor por unidad de tiempo a través de la placa está dada por:
, en unidades de J/s ó Watts
Por lo que la constante deconductividad térmica, K, queda representada como:

Excepto Q/t que se determina indirectamente a través de la masa de hielo derretido por unidad de tiempo, cada uno de los parámetros de la ecuación se pueden medir directamente: el espesor de la placa, x, la diferencia de temperatura entre las dos caras de la placa, T= Ti-Tf, y el área de sección transversal del recipiente cilíndrico quecontiene el hielo, A = πr2.
La cantidad de calor por unidad de tiempo Q/tque pasa por la placa derrite m/t (gr/s) de hielo, lo que se expresa con la ecuación:
(2)
Donde Lf es el coeficiente de fusión del hielo en unidades de J/gr, por lo quesustituyendo (2) en la ecuación (1), se obtiene la K en función de parámetros medibles, ecuación (3).

Procedimiento
1. Ponga agua en el generador de vapor (calentador) del Kit hasta alcanzar un poco arriba del 50% del volumen del recipiente.
2. Conecte el calentador y gire la perilla de control hasta el No 6 (un 80% del máximo, aproximadamente) y esperar hasta que se genere vapor.3. Conectar el generador de vapor, con una manguera, a la cámara de vapor.
4. Seleccione una placa de material proporcionado en el kit, mida su espesor, anótelo, y fíjela en la base del aparato, según indicaciones del instructor.
5. Mida el diámetro, di, del recipiente de plástico para el hielo y calcule el área, Ai, de sección transversal y anótela.
6. Tome un trozo de hieloenvuélvalo en una bolsa de plástico y, en el piso, golpéelo con un martillo, con cuidado para no romper la bolsa hasta obtener hielo picado.
7. Coloque el termómetro sobre la cara superior de la placa y espere hasta que la temperatura se estabilice.
8. Una vez que se cumpla la condición de estabilidad de la temperatura en la muestra, coloque el hielo picado en el recipiente cilíndrico de...