InstitutoInstitutoTecnológicoTecnológicoDe MexicaliDe Mexicali

Carrera:ing. química

Asignatura:Laboratorio integral I

Contenido:Practica: de perfil de temperatura

Profesor:Norman Rivera Pasos

Alumno:Acosta Orozco Amanda PaulinaAlonso Zavala Sthefanie Cecilia

Índice

Objetivo…………………………………………………………………………………………………...3

Motivación.……………………………………………………………………………………………….3

Fundamento teórico…………………………………………………………………………………..3

Diseño de la practica……………………………………………………………………….…..……8

Equipo………………………………………………………………………………...…….…………….8

Variables y parámetros…………………………………..………………………………………….8

Mediciones y resultados………………………………………………..…………………………..9

Bibliografía………………………………………………………………………………………………11

Conclusión………………………………………………..…………………………………………….11

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Objetivo

Determinar experimentalmente los perfiles de temperatura en diferentes materiales

Motivación

Conocer las características térmicas del hierro y aluminio ya que esto nos permitirá en realizar análisis sobre estos materiales y el uso que se les puede dar según sus propiedades.

Fundamento teórico

Los cuerpos, sometidos a la influencia de una fuente calórica, se calientan, es decir, absorben parte del calor transmitido. También esos cuerpos, en función del material de que están constituidos, no absorben ese calor de la misma forma e intensidad.

El calor absorbido por el cuerpo lo recorre interiormente, desde la cara expuesta a la fuente calórica, hasta la cara opuesta. Es decir desde una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura.

En este fenómeno, que se conoce con el nombre de conductividad térmica, vemos que no todo el calor absorbido por la cara expuesta llega hasta la opuesta. Esto lo podemos comprobar aplicando una mano sobre ambas caras, con lo cual sentiremos que la cara opuesta está más fría que la expuesta.

Esto significa que el cuerpo opuso cierta resistencia al paso del calor por su interior; este fenómeno se conoce como resistencia térmica del material.

La propiedad de retener parte del calor absorbido e impedir su paso total de una cara a la otra del cuerpo, es la capacidad aislante al calor que posee el material.

En un muro cualquiera de una construcción, el calor imperante en el exterior, pasará a través de su masa al interior del local, en la medida que su capacidad aislante lo permita.

La transmitancia térmica, es decir, la propiedad de los cuerpos de dejar pasar calor a través de su masa, deberá entonces limitarse.

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La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a substancias con las que está en contacto. En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/(K·m). También se lo expresa en J/(s·°C·m)

La inversa de la conductividad térmica es la resistencia térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

El fenómeno de transferencia

Hemos visto que cuando dos o más sistemas de temperaturas diferentes se ponen en comunicación entre sí a través de una pared diatérmana alcanzan el estado de equilibrio térmico.

Este fenómeno se explica por el pasaje de energía calorífica de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura y se lo denomina transmisión de calor. En un sentido más amplio, este fenómeno se produce también entre las porciones de un mismo cuerpo que se encuentran a diferentes temperaturas y entre cuerpos que no estando en contacto se encuentran también a temperaturas diferentes.

En este fenómeno el estado de agregación molecular es importante, ya que de acuerdo a como estén vinculadas estas moléculas, se presentarán tres formas de transmisión de calor:

1) Conducción: esta forma de transmisión de calor se manifiesta principalmente en los cuerpos sólidos y se caracteriza por el pasaje del calor desde los puntos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura sin desplazamiento apreciable de materia. La transmisión de calor puede producirse de una parte a otra del mismo cuerpo o de un cuerpo a otro en contacto con él.

2) Convección: esta forma se manifiesta en los líquidos y gases que alcanzan el equilibrio térmico como consecuencia del desplazamiento de materia que provoca la mezcla de las porciones del fluido que se encuentran a diferentes temperaturas. La convección será natural cuando el movimiento del fluido se debe a diferencias de densidad que resultan de las diferencias de temperatura. La convección será forzada cuando el movimiento es provocado por medios mecánicos, por ejemplo mediante un agitador en los líquidos o un ventilador en los gases.

3) Radiación: es la forma de transmisión en la que el calor pasa de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura sin que entre ellos exista un vínculo

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material. Esto indica que el calor se transmite en el vacío, en forma de ondas electromagnéticas denominadas comúnmente radiación o energía radiante.

Si bien para facilitar el fenómeno de transmisión hemos separado el fenómeno en tres formas diferentes, en la naturaleza el calor generalmente se transmite en dos o tres formas simultáneamente. Es decir que la conducción puede incluir también convección y radiación y los problemas de convección incluyen a la conducción y a la radiación.

Conducción del calor

Algunas sustancias conducen el calor mejor que otras y se las denomina buenos conductores, mientras que aquellas que lo hacen con mayor dificultad se denominan malos conductores o aisladores. Entre las primeras se encuentran los metales y entre los malos conductores los gases y los líquidos como así también muchos cuerpos sólidos. Se debe tener en cuenta que el mercurio por ser un metal es buen conductor del calor a pesar de encontrarse en estado líquido.

El mecanismo de la transmisión del calor se estudia más fácilmente en los cuerpos sólidos pues en este caso no hay convección. Al no haber movimiento relativo de moléculas.

La temperatura de un punto de un sólido en un instante dado, cuando el sólido está transmitiendo calor por conducción, depende de las coordenadas del punto considerado. Por otra parte, para cada punto en particular, la temperatura será en general función del tiempo.

Si referimos todos los puntos del sólido a un sistema de coordenadas x, y, z y llamamos τ al tiempo, podremos escribir entonces para la temperatura t que:

t = f(x, y, z, τ)

Cuando como en este caso, la distribución de las temperaturas de los puntos de un sólido depende no sólo de las coordenadas de los diferentes puntos sino también del tiempo, el estado térmico del cuerpo se denomina de régimen variable.

En un cuerpo sólido puede ocurrir que después de un cierto tiempo las temperaturas de todos sus puntos permanezcan constantes o sea que no varía con el tiempo. En este caso la distribución de las temperaturas dependerá solamente de las coordenadas de los diferentes puntos considerados, por lo que escribiremos:

t = f (x, y, z )

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En este caso el estado térmico se denomina de régimen estacionario o permanente.

Estado térmico estacionario: gradiente o caída de temperatura

Supongamos, para simplificar, que el calor se transmite a lo largo del eje x, o sea que la distribución de las temperaturas es función de esa coordenada:

t = f (x ) en régimen estacionario

Además tomaremos una variación lineal de t con respecto a x, o sea:

t = a + b x

Conductividades térmicas de los materiales

La conductividad térmica es una propiedad de los materiales que valora la capacidad de transmitir el calor a través de ellos. Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en los polímeros, siendo muy baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio, que se denominan por eso aislantes térmicos. Para

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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 bajo.

En algunos procesos industriales se trabaja para incrementar la conducción de calor, bien utilizando materiales de alta conductividad o configuraciones con un elevado área de contacto. En otros, el efecto buscado es justo el contrario, y se desea minimizar el efecto de la conducción, para lo que se emplean materiales de baja conductividad térmica, vacíos intermedios (ver termo), y se disponen en configuraciones con poca área de contacto..

La tabla que se muestra a continuación se refiere a la capacidad de ciertos materiales para transmitir el calor. El coeficiente de conductividad térmica(λ) caracteriza la cantidad de calor necesario por m2, para que atravesando durante la unidad de tiempo, 1 m de material homogéneo obtenga una diferencia de 1 °C de temperatura entre las dos caras. Es una propiedad intrínseca de cada material que varía en función de la temperatura a la que se efectúa la medida, por lo que suelen hacerse las mediciones a 300 K con el objeto de poder comparar unos elementos con otros. Es un mecanismo molecular de transferencia de calor que ocurre por la excitación de las moléculas. Se presenta en todos los estados de la materia pero predomina en los sólidos.

Material W/m.K

AceroAguaAire

AlcoholAlpaca

AluminioAmiantoBronceCinc

CobreCorchoEstaño

Fibra de VidrioGlicerinaHierroLadrillo

Ladrillo RefractarioLatónLitio

MaderaMercurio

MicaNíquelOro

ParafinaPlataPlomoVidrio

47-580,580,020,1629,1209,30,04

116-186106-140

372,1-385,20,04-0,30

64,00,03-0,07

0,291,70,80

0,47-1,0581-116301,20,1383,70,3552,3308,20,21

406,1-418,735,0

0,6-1,0

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Material y equipo

• Parrilla eléctrica• Soporte universal• Pinzas para soporte• Termómetro láser

Variables y parámetros

• La distancia• La temperatura

Diseño de la práctica

1. Ensamblar las pinzas con el soporte y posteriormente fijar cada barra con su respectiva pinza, sobre la parrilla.

2. Prender la parrilla y esperar a que el flujo de calor sea uniforme.

3. Empezar a hacer las mediciones en los orificios que tiene el aislante de cada barra.

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4. Finalmente medir el espacio entre cada una de las mediciones.

Resultados

Barra aluminio

Material Medición h(cm) h (m) T C T (K)Alumini

oT0 0 0 190 463.15

T1 3 0.03 80 353.15T2 7.5 0.075 47.4 320.55T3 12 0.12 37.6 310.75T4 17.5 0.175 34.2 307.35T5 22.5 0.225 33.6 306.75

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Aluminio

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 100 200 300 400 500

h (m)

T (

K)

Serie1

Barra hierro

Material Medición h(cm) h (m) T C T (K)Hierro T0 0 0 190 463.15

T1 3.5 0.035 60.6 333.75 T2 8 0.08 35.6 308.75 T3 12.5 0.125 34.6 307.75 T4 18.5 0.185 34.2 307.35 T5 23.5 0.235 32.2 305.35

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Hierro

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 100 200 300 400 500

h (m)

T (

K)

Serie1

Bibliografía

www.fisicanet.comTrasferencia de calor 2da ed. José ángel Manrique Valadez

Conclusión

En la práctica se observo que al colocar los dos tubos aislados sobre la parrilla se comportaron de distinta manera ya que la conductividad de cada uno es distinta, además de que influyo mucho el diámetro y la longitud.

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