CALORIMETRIA


Práctica 2: calorimetría
Fenómenos de transporte

5, 12 y 19 de marzo de 2014
ESIQIE-IPN











Objetivo de la práctica:
Objetivo general.
Al término de la práctica, el alumno será capaz de identificar y medir la transferencia de calor, a través de un cuerpo sólido.
Objetivos específicos.
El alumno realizará el balance de calor total a través de una varilla sólida debronce.
El alumno determinará la cantidad de calor que se transfiere a través del cuerpo sólido aplicando las leyes de Fourier.
El alumno determinará la cantidad de calor perdido hacia los alrededores mediante el cálculo del coeficiente de transmisión de calor.
El alumno identificará cuando se alcanza el estado estacionario de transferencia de calor mediante el perfil de temperaturas.
Objetivopersonal.
Por medio del desarrollo de esta práctica, deseo visualizar de una manera más clara el concepto de transferencia de calor, así como las posibles causas del por qué se observan pérdidas de calor respecto a la longitud de la barra con la que trabajaremos.
Consideraciones teóricas.
La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía en sólidos, aunque también se puedeobservar en los fluidos en reposo. Cuando en un material existe un gradiente de temperatura el calor fluye en sentido contrario a ese gradiente. La energía se transmite debido al movimiento de átomos, moléculas, iones y electrones, que constituyen la sustancia, sin movimiento aparente de la materia a nivel macroscópico.
La cantidad de calor la podemos determinar mediante la ley de Fourier, que nosdefine la cantidad de calor o también llamada densidad de calor como “q”, que es directamente proporcional al de temperatura “T”. Es decir que el calor fluye de de una zona de temperatura alta a una zona de temperatura baja. A la constante de proporcionalidad entre la densidad de flujo de calor y el gradiente de temperatura se le denomina conductividad térmica “k”. Debemos mencionar que latemperatura es una cantidad escalar, mientras que la operación resultante de aplicar la ley de Fourier da como resultado una cantidad vectorial.
La constante de conductividad térmica es característica de cada material, a continuación, se presenta una tabla con varios valores de “k” para distintos materiales.
Tabla 1: Valores de k para algunos materiales.
Material.
Conductividad térmica.
W/m*K
Acero50.2
Agua
0.58
Aire
0.025
Bronce
116-186
Aluminio
205
Cobre
385
Cinc
106-140
Madera
0.12-0.4
Mercurio
8.3
Oro
318
Plata
406
Plomo
35
Vidrio
0.8

El calor tiene varias formas de ser transferido:
Conducción: es la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferentes temperaturas, es muy importante resaltar que en la conducción no existe latransferencia de masa. Un ejemplo es que al tener una barra de metal a 80°C en un extremo, al pasar el tiempo el otro extremo también empezará a calentarse, sin embargo no se calentará hasta los 80°C debido a las pérdidas de calor.






Radiación: en este caso no existen contacto entre los cuerpos, ni tampoco fluidos intermediarios que puedan transportar el calor. Es decir que debido a uncuerpo con mayor temperatura con respecto a otro de menor temperatura, por efecto de la radiación se transportara calor del cuerpo de mayor temperatura hacia al de menor temperatura. Un ejemplo muy común es el efecto del calor del sol en los automóviles, aunque el sol se encentra a millones de kilómetros de los automóviles, estos se calientan, es decir absorben calor.





Convección: en estecaso, si interviene un gas o líquido que ayude al movimiento de la transferencia de energía entre dos zonas. Existen dos tipos de convección. La convección forzada se da a través de un gas o un líquido que ayuda a que el calor se transporte hacia una zona fría. La convección natural es donde el propio fluido extrae calor de la zona caliente y cambia su densidad haciendo que se desplace hacia la...