Ing. Químico

Laboratorio de Operaciones Unitarias II

Práctica: CONDUCCIÓN DE CALOR

Autores:
José Enrique Espinosa Sánchez, Rafael Galván González, Juan Angel López Ramírez, Héctor Omar Jr. García Nevares, Lizeth Skarlett Amaya Meza, Alfredo Treviño Garma, Daniel Garza Rodríguez.

OBJETIVO:
Determinar la conductividad térmica de un metal no identificado en el Sistema de Conducción de Calor MarcaScott modelo 9051 y así conocer que metal es.
Resumen:
Se llevó a cabo este experimento para determinar la conductividad térmica de un metal bajo condiciones de estado estacionario y aplicando la Ley de Fourier para estudiar la conducción de calor a través de un material.
El experimento se realizo con un aparato el cual consta de dos unidades con el metal de estudio desconocido, una de estasunidades mantiene su área constante mientras que en la otra el área de conducción varía.
Mediante los cálculos realizados se pudo inferir cuales eran los metales que contenían cada una de las unidades mencionadas. En la Unidad 3 de área variable se obtuvo como resultado que el metal conduce el calor esta hecho de Magnesio y en la Unidad 4 se infirió que es de Aluminio que a temperatura elevada alcanzauna conductividad similar a la calculada en dicha unidad.




Introducción [1]
La conducción de calor es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia hacia las adyacentes menos energéticas como resultado de las interacciones entre esas partículas. La conducción se puede llevar a cabo en materiales sólidos, líquidos o incluso gaseosos.
En los sólidos, sedebe a la combinación de las vibraciones de las moléculas en una retícula y al transporte de los electrones libres.
La velocidad de la conducción de calor a través de un medio depende de la configuración geométrica de este, el espesor y el material con el cual está hecho, así como la diferencia de temperaturas a través de él.
La transferencia de calor por conducción es posible estudiarla graciasa la Ley de Fourier, la cual está definida por:

Donde:
Se define como la razón de conducción de calor, en Watts;
Es la propiedad del material definida como conductividad térmica, en W/m °C;
Es el área de transferencia en dirección del flujo de calor, en m2;
Es la diferencia de temperatura, en °C;
Es la longitud de la barra de metal, en m.

La conductividad térmica (k) sepuede definir como la constante propia de cada material que señala su capacidad para transferir calor.
Se puede tomar la razón de conducción de calor como constante ya que se espero a que el sistema se encontrara en equilibrio para tomar los datos es decir que se encontraba en estado estacionario.
En esta práctica el calor que proporcionan las planchas de calentamiento lo transfieren a la barrade metal que es desconocido, este a su vez en ambas unidades lo transmite al agua fría que se encuentra en la cámara superior de las mismas es decir podemos medir también el calor transferido el calor transmitido al agua gracias a su capacidad calorífica. Por lo tanto la ecuación para medir el calor también puede ser [2]:

Donde:
Está definida como el flujo de masa de agua, en kg/s;
Esel calor específico del agua, en J/kg °C;
Es la temperatura de salida del agua, en °C;
Es la temperatura de entrada del agua, en °C.

Se muestra la siguiente figura a fin de identificar mejor las partes del sistema utilizado durante la práctica.


En la Figura 1 se observan las dimensiones del sistema utilizado, así como las partes del mismo y que la Unidad No. 3 es la cual el área varíay en la Unidad No. 4 se mantiene constante.

Experimentación.
1.- El flujo de agua de salida se mantuvo constante durante el periodo de experimentación, para cada una de las unidades.
2.- Se prendieron las planchas de calentamiento y con las perillas de voltaje ubicadas al frente del equipo se establecieron dos voltajes para llevar a cabo la práctica, a 200 y 400 Volts.
3.- Se mantuvo...