Laboratorio 1

Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas”
Departamento de Ciencias Energéticas y Fluídicas
Transferencia de Calor I
Ciclo 01/2015

Laboratorio #1
 Experimento nº 1: Caja Térmica
OBJETIVO
Determinación de la conductividad térmica de dos distintos materiales mediante la Ley de
Fourier. Cálculo de la resistencia térmica de dos placas planas.
EQUIPOS Y MATERIALES


Caja térmica.



2muestras de material en placas de 250 X 250 mm.



4 termocuplas tipo K.



HT10X.



Foco de 60 W

MARCO TEÓRICO
La conducción de calor en estado estacionario unidimensional se rige por la Ley de Fourier, la
cual se puede enunciar como: El flujo de Calor por conducción por unidad de área en una
dirección conocida es igual a menos el producto de la conductividad térmica del medio por la
derivada dela temperatura en esa dirección (gradiente de temperatura). En coordenadas
cartesianas y cuando la temperatura varía solo en dirección x:

q  

dT
dx

(1)

donde  es la conductividad térmica de la sustancia.
En la figura se muestra un volumen elemental V situado entre x y x+x; V es un sistema
cerrado, por el principio de conservación de la energía, en estado estacionario (dT/dt = 0) ysin generación de calor dentro del volumen, la ecuación (1) establece que el flujo de calor
neto del sistema es cero. Puesto que hay un flujo de calor hacia V a través de la cara en x, y
hacia el exterior V a través de la caída en x+x, de igual valor:

.

.

Q Q

(2)

x  x

x

.

es decir que Q es constante. Aplicando la Ley de Fourier a la expresión anterior reordenando e
integrando:
.
T2
QL
dx    dT

T1
A 0

(3)

Ignorando la variación de  con la temperatura:
.

Q

A
L

T1  T2  

T1  T2
L
A

(4)

La comparación de la ecuación (1) con la ley de Ohm sugiere que T = T1 – T2 puede verse
como el potencial impulsor del flujo de calor, así como el voltaje es el potencial impulsor de la
corriente eléctrica. Entonces la resistencia térmica es L/An análoga a la resistenciaeléctrica.

PROCEDIMIENTO
Asegurar que el lugar de laboratorio esté cerrado de tal forma que no exista flujo de aire
apreciable alrededor de la casa térmica.
Destapar la caja térmica y colocar las cuatro paredes de material muestra, tome las dimensiones
necesarias de las muestras. Colocar una termocupla en cada cara de las muestras, de tal forma
que se mida su temperatura en el lado interno yexterno. Verificar que el bombillo de 60 W está
colocado correctamente. Encender la caja y activar el cronómetro. Medir y anotar las cuatro
temperaturas en intervalos de 10 min hasta asegurarse de llegar a estado estacionario. Cuando
se llegue a estado estable, anotar las temperaturas interior y exterior de las dos paredes que se
analizan.
CÁLCULOS Y RESULTADOS
1. Representar los valores detemperatura tomados en estado transitorio en forma de tabla.
2. Mostrar los valores de temperatura en estado estacionario.
3. Calcular la conductividad térmica de los dos materiales analizados.
4. Calcular la resistencia térmica de las dos placas analizadas.
NIVEL DE CAPTACIÓN DEL ALUMNO
Cuál es la importancia de la conductividad térmica de las placas y qué material puede funcionar
mejor para reducir latemperatura en la práctica realizada.
INVESTIGACIÓN ADICIONAL
1. Investigar otras aplicaciones de la ley de Fourier.

 Experimento nº 2: Conducción Radial
OBJETIVO
Medir la distribución de temperaturas a través de la pared del cilindro para un flujo de calor
radial en estado estacionario y mostrar los efectos del cambio en el flujo de calor.
EQUIPOS Y MATERIALES


Unidad de medición detransferencia de calor HT10X.



Equipo de transferencia de calor de conducción radial HT12.



Flujómetro.



Software del equipo de transferencia de calor.

MARCO TEÓRICO
Conducción Radial
La conducción es la única forma 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...