PAPER PERFIL TEMPERATURA 2015 1

ESTUDIO DE PERFILES DE TEMPERATURAS PARA BARRAS DE ALUMINIO Y ACERO DE DIFERENTE AREA TRANSVERSAL.
Barrios Astrid, Landaeta José, Márquez Gerson
Práctica Especial Laboratorio de Fenómenos de Transporte
Dictado por
Prof. Gabriela Avalos Departamento de Termodinámica y Fenómenos de Transporte
RESUMEN
A partir de la experiencia, se estudiaronlos perfiles de temperatura en estado estacionario y transitorio, para dos barras cilíndricas de aluminio y una de acero, de área transversal distinta. Para ello, se empleó un equipo que constaba de tres barras, 10 termopares, una cámara de vapor como suministro de calor y un recubrimiento de plexiglás. Adicionalmente, se obtuvieron valores de coeficiente de convección para ambos materiales, porel modelo de aletas con extremo adiabático y condición infinita, dando haluminio= (19,7±8,4) W/m2K, y con correlaciones de flujo externo tanto para convección libre como forzada, arrojando haluminio= (1,8±0,13) W/m2K. Se halló finalmente la conductividad térmica del acero a partir de la del aluminio, siendo esta Kacero= (100±1,3) W/mK. Llegando entonces a la conclusión de la dependencia delmaterial para la K y de la geometría para el coeficiente de convección h respectivamente.
INTRODUCCIÓN

El perfil de temperatura de un cuerpo es un modelo matemático que se encuentra en función del mecanismo de transferencia de calor y de la geometría del cuerpo en estudio, en el cual se muestra la distribución de flujo de calor. El objetivo de la práctica es estudiar los perfiles de temperatura detres barras sólidas calentadas en un extremo, tanto en estado transitorio como en estado estacionario, para determinar la conductividad térmica del acero conociendo la del aluminio y evaluar los coeficientes de transferencia de calor por convección, para cada una de las barras, utilizando modelos de aletas y correlaciones para convección libre y forzada.
El calor es una forma de energía que setransmite de un cuerpo a otro mediante tres tipos de mecanismos diferentes: conducción, convección y radiación; siendo importante para este trabajo los dos primeros.
La conducción es la forma de transferencia de calor, desde una masa de temperatura alta a otra de temperatura inferior, por contacto directo.
La transmisión de calor por convección es un intercambio de calor entre un fluido y una masamaterial, que se encuentran a diferentes temperaturas. El transporte del calor se origina por el movimiento natural o forzado del fluido, transportando la energía. En la convección forzada, el fluido se mueve por la acción de una fuerza externa que provoca el flujo del fluido sobre una superficie o por medios externos, como una bomba o un ventilador. En convección natural, el fluido se muevedebido a cambios de densidad que resultan del calentamiento o enfriamiento del fluido; es decir, ocurre por el choque molecular de las partículas que conforman el fluido.
El caso de La transferencia de energía en función del tiempo, llamado estado transitorio, surge al variar las condiciones de borde de un sistema; si se altera la temperatura en la superficie del sistema, la temperatura en cada puntodel sistema también variará. Esto ocurre hasta un tiempo en el que se observa una distribución de temperaturas estable, o en estado estacionario.
La aplicabilidad de este estudio abarca una gamma importante en la industria, que va desde la construcción de aletas (con el fin de aumentar la superficie de contacto entre el sólido y el fluido) hasta la estimación de propiedades térmicas de losmateriales (generalmente metales), que permita elegir el óptimo para la transferencia de calor.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Para determinar de manera correcta el perfil de temperatura, se deben conocer primero los fenómenos que participan en la transferencia de calor. Para ello, puede tomarse una barra de área transversal constante, calentada en un extremo que se encuentre en estado estacionario, hallando...