Trnsferencia de calor radial

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR I

PRÁCTICA N° 3

TÍTULO: Estudio de la conducción de calor en estado estacionario para materiales metálicos (equipo radial).
GRUPO N° IX
INTEGRANTES: Julio Borja
René Serrano

FECHA DE REALIZACIÓN: 30-09-2011

FECHADE ENTREGA: 06-10-2011

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CALIFICACIÓN:

PRACTICA Nº 3
Titulo: Estudio de la conducción de calor en estado estacionario para materiales metálicos (equipo radial).
Objetivo: Realizar los diagramas de gradientes de temperatura y analizar el efecto de la resistencia de contacto.

1.- RESUMEN DE TEORÍA
Cuando en un cuerpo existe un gradiente detemperatura, la experiencia muestra que hay una transferencia de energía desde la región a alta temperatura hacia la región de baja temperatura. Se dice que la energía se ha transferido por conducción y que el flujo de calor por unidad de área es proporcional al gradiente normal de temperatura, este proceso se denomina conducción.

Conductividad térmica
La conductividad térmica es una propiedadintrínseca de los materiales que valora la capacidad de conducir el calor a través de ellos.
Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en los gases (a pesar de que en ellos la transferencia puede hacerse a través de electrones libres) y en materiales iónicos y covalentes, siendo muy baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio, que se denominan poreso aislantes térmicos. Para que exista conducción térmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacío ideal, y muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío elevado.

Mecanismo:
La transmisión de calor por conducción puede realizarse en cualquiera de los tres estados de la materia: sólido líquido y gaseoso.
En los sólidos la conducción se produce por cesión de energía entre partículascontiguas (vibraciones reticulares). En un sólido no conductor la transferencia de energía ocurre solamente por estas vibraciones reticulares, en cambio en los sólidos conductores se debe también al movimiento de traslación de los electrones libres.
La conducción en un medio material, goza pues de un soporte, que son sus propias moléculas y se puede decir que microscópicamente no involucra transportede materia.

Paredes cilíndricas.
Considere un cilindro hueco, cuyas superficie externa e interna se exponen a fluidos de diferentes temperaturas, como se observa en la figura 1.1.

Figura 1.1 Paredes cilíndricas

Para condiciones de estado estacionario, sin generación interna de calor, la ley de Fourier en coordenadas cilíndricas se expresa como:
Qr=-kArdTdr

Siendo r Q una constanteen la dirección radial. Si consideramos también la forma del área de transferencia para esta geometría, nos queda:

Qr=-k(2πrL)dTdr

Donde es el área normal a la dirección de transferencia de calor.
Escribiendo la ecuación anterior en término de integrales con las condiciones de frontera,
, obtenemos:
Qr2πLr1r2drr=-rs,1rs,2kdT

Si considerando k = constante y resolvemos, nos queda:Qr=2πLk(Ts,1-Ts,2)Ln(r2r1)
También es posible obtener la distribución de temperaturas en la dirección radial en el cilindro, esto es:
Tr=Ts,1-Ts,2Lnr2r1Lnrr2+Ts,2

En el caso de la pared cilíndrica, la distribución de temperaturas ya no es lineal, sino logarítmica.
Los materiales de Conducción Radial de Calor de la práctica, diseñado para demostrar la aplicación de la ecuación de Fourier en unaconducción radial simple en estado estable a través de la pared de un cilindro. El dispositivo consta de un disco de metal macizo con termocuplas insertadas a diferentes distancias del centro, permite investigar la distribución de temperatura y flujo de calor por conducción radial. Los materiales usados se ilustran el la figura 1.2.

Figura 1.2 Equipo radial

2.- ELABORE UN CUADRO DE...