fenomenos de transporte

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

OBJETIVOS

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.

FUNDAMENTO TEORICO

Elcoeficiente de conductividad térmica expresa la cantidad o flujo de calor que pasa a través de la unidad de superficie de una muestra del material, de extensión infinita, caras plano paralelas y espesor unidad, cuando entre sus caras se establece una diferencia de temperaturas igual a la unidad, en condiciones estacionarias.
Este coeficiente varía con las condiciones del material (humedad quecontiene, temperatura a la que se hace la medición), por lo que se fijan condiciones para hacerlo, generalmente para material seco y 15 °C (temperatura media de trabajo de los materiales de construcción) y en otras ocasiones, 300 K (26,84 °C).
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 ladiferencia de temperatura entre las dos caras y del espesor de la placa.
En este experimento la cantidad de calor 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.
La ecuación que representa el flujo de calor por unidad de tiempo a través de la placa está dada por:
 = - KA
En unidades de J/s oWatts.
Por lo que la constante de conductividad térmica, K, queda representada por:
K= ;  (1)


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 desección transversal del recipiente cilíndrico que contiene 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:
=Lf (2)
Donde Lf es el coeficiente de fusión del hielo en unidades de J/gr, por lo que sustituyendo (2) en la ecuación (1), se obtiene la K en función de parámetros medibles, ecuación(3)
K=  (3)
PROCEDIMIENTO
1. Poner agua en el generador de vapor (calentador) del Kit hasta alcanzar un poco arriba del 50% del volumen del recipiente.
2. Conectar el calentador y girar 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. Seleccioneuna placa de material proporcionado en el kit, mida su espesor, anótelo, y fíjela en la base del aparato.
5. Mida el diámetro di, del recipiente de plástico para el hielo y calcule el ara, Ai , de sección transversal y anótelo.
6. Tome un trozo de hielo envuélvalo 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 plástico que viene con el kit y colóquelo invertido sobre la placa por la que pasara el calor proporcionado por el vapor de agua, de forma tal que elhielo esté haciendo contacto directo con la placa.
9. Empiece a recolectar datos de la masa de hielo derretido cada 5 min durante 25 min procurando que en cada recolección la masa sea medida en la balanza y anote el valor obtenido para el tiempo transcurrido. Si la cantidad de agua de hielo recolectada para el material analizado es muy pequeña, cercana a 1 ml, en la primera medida, aumente el...