Casa Termica

AISLANTE TÉRMICO
1.1.− OBJETIVO DE LA PRÁCTICA
El objetivo de la práctica es el estudio de la naturaleza aislante de una placa fina de vidrio de (0'25 · 0'25 ·
0'006) m.
Para lo cual, calcularemos su conductividad a partir de las temperaturas obtenidas experimentalmente.
1.2.− MATERIAL
a.−Caja térmica de la casa PHYWE. Modelo 04507−93.
b.−Reguladores térmicos de la casa PHYWE. Modelo m.63.c.−Termopares con unidad lectora y precisión 0'1 ºC/m·v.
d.−Cronómetro.
1.3.− PROCESO
Se abre la caja térmica y se introduce el vidrio tapando el hueco de una de las caras de la caja.
Se colocan 4 termopares; 2 de ellos medirán la temperatura interior de la caja térmica, para lo cual se colocan
uno arriba y otro abajo procurando que éstos no hagan contacto con las paredes. Los otros 2 secolocarán en la
superficie interior y exterior del vidrio, procurando que estén haciendo contacto con el mismo y lo más
enfrentados posible entre ellos para lograr así medir un flujo unidireccional de calor por conductividad del
cristal.
Tapamos la caja y comenzamos a calentar mediante una bombilla situada en el interior, la cual está tapada
para impedir calentamiento por radiación, ya que sóloestudiamos los de convección y conducción. Se
empieza por la potencia más baja y se va subiendo sucesivamente según se va apagando y encendiendo la luz
del indicador, hasta llegar a la máxima potencia.
Tomaremos los datos de los 4 termopares cada minuto, así como la temperatura ambiente. A partir de estos
datos calcularemos la conductividad térmica media del vidrio, suponiendo que trabajamosen flujo
estacionario, por lo que se despreciarán los datos obtenidos mientras se estaba produciendo el calentamiento;
por lo que sólo tendremos en cuenta los datos cuando la bombilla estaba apagada. También supondremos un
flujo unidireccional.
2.− OBTENCIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA A PARTIR DE LOS DATOS OBTENIDOS
2.1.− DATOS CONOCIDOS
T1= temperatura superficial exterior del vidrio cadaminuto.
T2= temperatura superficial interior del vidrio cada minuto.
T3= temperatura interior del fluido en un punto inferior.

1

T4= temperatura interior del fluido en un punto superior.
e= espesor de la placa de vidrio= 0'006 m.
L= longitud de la placa de vidrio= 0'25 m.
Tamb= temperatura ambiente = 15ºC
Régimen estacionario y unidireccional.
2.2.− CALCULOS A REALIZAR
Sabemos quela conducción se da siempre que hay un flujo de calor en un sólido. Dicho flujo de calor se
define como:
J = −k·grad (T) (LEY DE FOURIER)
y para nuestro caso de superficies planas y flujo unidireccional sin generación interna de calor, será:
J = k·(T2 − T1)/e (I)
nosotros queremos hallar "k=conductividad térmica", paro tenemos otra incógnita que es el flujo de calor J.
Para hallar este flujode calor, utilizaremos el hecho de producirse convección natural en el interior y exterior
de nuestra caja térmica, y ésta viene determinada por la ecuación:
J = h (Tf − Ts) (II)
siendo:
Tf = temperatura del fluido.
Tfi = T3 + T4/ 2 en el interior y Tf = Tamb en el exterior. Como se supone que el calor que se pierde por
convección es el mismo que el perdido por conducción, podemos igualarlosy tenemos:
k·(T2 − T1)/e = h·(Tf − Ts) (III)
Volvemos a encontrarnos con dos incógnitas; la conductividad térmica que es la que pretendemos hallar y el
coeficiente de película h.
2.3.− CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE PELÍCULA h
Sabemos que la convección depende de tres números adimensionales:
Nu = h·L/k −−−−−−−−−−−−−−−−− Nusselt.
Pr = ·Cp/k −−−−−−−−−−−−−−−− Prandtl.
Gr = ·T·g·2·L3 / 2 −−−−−Grashof.
L = Dimensión característica del sólido (0,25m).

2

T = Diferencia de temperatura entre la superficie y el fluido (ºC) (Tf − Ts).
g = Aceleración de la gravedad (9,8 m/s2).
k = Conductividad térmica del fluido (w/mºC) en tabla I.
= Viscosidad del fluido (Kg/ms) en tabla I.
Cp = Calor específico del fluido (Ws/kgºC) en tabla I.
= Densidad del fluido (kg/m3) en tabla I.
=...