Medicion del coeficiente de conductividad termica

Medición del coeficiente de conductividad térmica, k

Universidad del Valle – Ingeniería de Alimentos
Taller y laboratorio de ingeniería de Alimentos V
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Luisa Restrepo (0748944), Carolina Sevilla (0741082), Julián Sepúlveda (0740519)
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Septiembre de 2011-------------------------------------------------

RESUMEN

En la práctica se determinó la conductividad térmica Kint para el Aluminio y el Acero a diferentes condiciones de temperatura, las cuales eran generadas por una resistencia con un voltaje especifico. Para ello, se utilizó el equipo HT10X Heat Transfer ServiceUnit, o HT10XC Computer Compatible Heat Transfer ServiceUnit, donde el sistema estuvo conformado por una barracompuesta envuelta por un material aislante, un material conductor de referencia en los extremos longitudinales y un material muestra en el centro. Se encontró que para el Aluminio a 9 V el coeficiente tiene un valor de Kint=68,74 Wm°C, y que para el acero, un valor de Kint=24,66Wm°C y Kint=23,78Wm°C a 9 y 12 V respectivamente. Se determinó que a un mayor voltaje se obtienen temperaturas mayores, yque de igual manera, al aumentar la temperatura, la conductividad térmica aumenta; por otro lado se concluyó que el Aluminio por ser un metal puro es mejor conductor que el acero.
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I. INTRODUCCIÓN
Si en una substancia continua existe un gradiente de temperatura de la materia, el calor puede fluir sin que se produzca un desplazamientoobservable de la materia. Esa clase de flujo de calorífico se denomina conducción molecular o simplemente conducción. La conducción tiene lugar a escala molecular, y el mecanismo corresponde a un transporte de la cantidad de movimiento de las moléculas individuales a lo largo del gradiente de temperatura. El ejemplo más corriente de conducción se presenta en el flujo de calor a través de solidos opacos,tales como los ladrillos de las paredes de un horno o la pared de un tubo metálico (McCabe, 1981)

La conducción térmica es el fenómeno por el cual el calor es transportado desde las regiones de alta temperatura a las regiones de baja temperatura de una sustancia. La propiedad que caracteriza la capacidad de un material para transferir calor es la conductividad térmica. Se define mejor por mediode la expresión

q= -k dTdx [1]
Donde q representa el flujo de calor, o sea, el calor que atraviesa la unidad de área (perpendicular a la dirección del flujo de calor) por unidad de tiempo, k es la conductividad térmica y dTdx es el gradiente de temperatura a través del medio conductor.

Las unidades de q y k son Wm2 y Wm*K, respectivamente. La ecuación [1] es válida solo en el caso delflujo de calor estacionario, o sea, para situaciones en las cuales el flujo de calor no cambia con el tiempo. Además el signo menos en la expresión indica que la dirección del flujo de calor es desde caliente a frio, o sea, en sentido contrario al gradiente de temperatura (Callister, 1996).

Para la realización de la práctica, se hizo uso de los siguientes modelos matemáticos:

Q=VI[2]

A= π Dint24 [3]

Thotface= T3-T2-T32 [4]

Tcoldface= T6- T6-T72 [5]

∆Tint= Thotface- Tcoldface[6]

Kint= Q∆xintAintThotface- Tcoldface [7]

II. OBJETIVOS
* Determinar la conductividad térmica de los especímenes metálicos: Aluminio y acero.

* Analizar la variación de la conductividad térmica (k) respectoa la variación de la temperatura a lo largo de la barra.

* Comparar la conductividad térmica de los materiales usados.

III. METODOLOGÍA
Se calculó el coeficiente de transferencia de calor por medio de la medición de la diferencia de temperatura de dos metales. Los equipos utilizados fueron:

* HT10X Heat Transfer Service Unit, o HT10XC Computer Compatible Heat Transfer...