transferencia de calor

OBJETIVOS

Medir el flujo de calor para el caso de conducción estable de calor a través de una pared plana compuesta.
Calcular el valor del coeficiente de conductividad térmica del material y el valor del coeficiente global de transferencia de calor.

METODOS

Medición del cambio de temperatura con la distancia resultante de la conducción lineal de calor a lo largo de una barra de unmaterial conductor a diferentes tasas de flujo de calor a través de la barra.
El uso de la ecuación de Fourier para el cálculo de la conductividad térmica del espécimen.
Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor.

EQUIPO Y MATERIALES

Unidad de servicio de transferencia de calor HT10CX.
Equipo de transferencia de calor de conducción lineal HT11.
Pasta térmica.
EspécimenIntermedio (Probeta de Acero Inoxidable).

INTRODUCCIÓN:

La Transferencia de calor, en física, es el proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente,puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.

MARCO TEORICO

Ecuación de Fourier y Conducción en paredesplanas
La conducción es el único mecanismo de transmisión del calor posible en los medios sólidos. Cuando en estos cuerpos existe un gradiente de temperatura en la dirección x, el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura, siendo el calor transmitido por conducción Q , proporcional al gradiente de temperatura dT/ dx , y a la superficie A.
El flujo real decalor depende de la conductividad térmica k, que es una característica física del cuerpo, por lo que la ecuación anterior se puede expresar en la forma:



En la que si la superficie A de intercambio térmico se expresa en m2, la temperatura en Kelvin (K ) , la distancia x en metros (m) y la transmisión del calor en watts (W) , las unidades de k serán (W / m K) . Esta se conoce como la ecuación deFourier para conducción de calor.
El signo menos (-) es consecuencia del Segundo Principio de la Termodinámica, según el cual, el calor debe fluir hacia la zona de temperatura más baja. El gradiente de temperatura es negativo si la temperatura disminuye para valores crecientes de x, por lo que si el calor transferido en la dirección positiva debe ser una magnitud positiva, en el segundo miembrode la ecuación anterior hay que introducir un signo negativo.



Fig. 1 Convenio de signos para la transmisión de calor por conducción

Una aplicación inmediata de la ley de Fourier corresponde al caso de la transmisión del calor a través de una pared plana, en este caso una pared compuesta.


Fig. 2 Conducción de Calor a través de una pared plana compuesta

Si el calor se propaga através de varias paredes en buen contacto térmico, capas múltiples, el análisis del flujo de calor en estado estacionario a través de todas las secciones tiene que ser el mismo. Sin embargo y tal como se indica en la figura 2 en un sistema de tres capas, los gradientes de temperatura en éstas son distintos. El calor transmitido se puede expresar para cada sección y como es el mismo para todas lassecciones, se puede poner:



Coeficiente Global de transferencia de Calor (U)
Es un término que relaciona las propiedades termodinámicas de un fluido con las resistencias que existen al flujo de calor y se obtiene a partir de los coeficientes individuales y de la resistencia térmica del material de la pared.
Se puede realizar una analogía eléctrica donde podríamos señalar que el coeficiente...