Resumen El objetivo de esta práctica es comprender el comportamiento de la transferencia de calor a través de probetas de diferentes metales,para la elaboración de la práctica utilizamos la teoría de transferencia transferencia de calor por conducción, conducción, con dicha teoría teoría podemos conocer conocer el flujo de calor a través de la probeta.Los materiales analizados fueron acero y aluminio, las probetas fueron colocadas en la máquina L!"" que con la ayuda de termopares pudimos obtener el flujo de calor en puntos específicos de la probeta. Introducción En esta práctica se llevará a cabo el principio de conducción de la transferencia de calor a través de una probeta metálica #acero y aluminio$ en la cual por medio de la máquina L!"" conectada con termopares a la probeta podemos medir la temperatura en puntos equidistantes lon%itudinalmente, en la parte superior de la probeta será donde se encontrara a%ua a caliente a &"' centí%rados y en la inferior a%ua a temperatura ambiente. (or medio de esta práctica podremos determinar valores característicos de este principio de conducción como lo es el coeficiente de conductividad conductividad térmica ) *m +, que es una propiedad que poseen todos los materiales y el f lujo de calor transferido ) *m- del a%ua caliente a la probeta. Marco Teórico Eisten tres formas de transferencia t ransferencia de calor/ 0
1ond 1onduc ucci ción ón// 2rans ransfe fere renc ncia ia de calo calorr entr entre e dos dos punt puntos os de un cuer cuerpo po que que se encuentran a diferentes temperaturas.
Q=
kA ( T 1 −T 2 ) L
34área 54conductividad 54conductividad térmica )*m + 64flujo de calor )*m- 27, 2- 4)+
0
1onvección/ 8curre entre un fluido en movimiento y la superficie que lo limita,
cuando ambos están a diferentes temperaturas.
Q=h ( Ts−T ∞)
h4coeficiente de convección )*m- + 2s42emperatura de la superficie )+ 2 ∞ 4temperatura del fluido )+ 64flujo de calor )*m-
0
9adiación/ :ntercambio de ener%ía entre superficies sólidas sin tener en
cuenta el medio que las separa.
4
Ts ❑
4
−Tsur ❑ ¿ ¿ Q =ε σ ¿
σ 45.67∙10;& )*m- +<
la constante de =tefan;>oltzmann. ε 4constante de emisividad )*m- 64flujo de calor )*m- 2s42emperatura de la superficie )+
Arreglo experimental ?aterial y equipo para la práctica/ 7. @epósito de a%ua -. 1alentador de a%ua A. (robeta a medir <. @eposito de refri%erante B. ?edidor de flujo C. 1omputadora 7;(rimeramente se empotraron verticalmente las probetas cilíndricas en la máquina L!"", -;=e ase%uraron todas las coneiones de la fuente y depósito de a%ua, A;=e realizaron las coneiones de los termopares con la fuente <; 1olocamos el aislante a la probeta cilíndrica.
B;Establecimos los datos otor%ados en la práctica#densidad,flujo volumétrico,capacidad térmica$ para posteriormente poder obtener el flujo de calor transmitido en la probeta con la ayuda del softDare.
i%. 7. 3si%nación de datos para la probeta de aluminio.
i%. -. 3si%nación de datos para la probeta de acero.
i% A.2abla de temperaturas para probeta de aluminio.
i% <.2abla de temperaturas para probeta de acero .
Desarrollo La práctica se comenzó empotrando la probeta de aluminio en la máquina L!"", ase%urándolo de la parte superior e inferior mediante las coneiones hidráulicas y aislándolo para evitar la mayor pérdida de calor y por consi%uiente obtener mayor porcentaje de error, posteriormente se le conectó en orden ascendente los termopares para tener contacto con la máquina y poder medir la transferencia de calor que eiste. =e estableció un flujo de & y se establecieron los datos otor%ados en la práctica al pro%rama de computadora. =e esperó hasta que la máquina se estabilizara a la temperatura establecida y se procedió a capturar los datos que arrojaba el pro%rama en la computadora. @e esta forma pudimos obtener los datos de manera práctica. (osteriormente se hicieron los cálculos para poder obtener los datos de manera teórica y así poder compararlos y obtener un porcentaje de error. =e procedió a retirar la probeta de aluminio y colocar una probeta de acero. (ara la se%unda probeta se hizo eactamente lo mismo, se empotró la probeta de acero en la máquina L!"", ase%urándolo de la parte superior e inferior mediante las coneiones hidráulicas y aislándolo para evitar la mayor pérdida de calor y por consi%uiente obtener mayor porcentaje de error, posteriormente se le conectó en orden ascendente los termopares para tener contacto con la máquina y poder medir la transferencia de calor que eiste. =e establecieron los parámetros dados en la práctica para darlos al pro%rama. =e esperó hasta que la máquina se estabilizara a la temperatura establecida y se procedió a capturar los datos que arrojaba el pro%rama en la computadora. @e esta forma pudimos obtener los datos de manera práctica. (osteriormente se hicieron los cálculos para poder
obtener los datos de manera teórica y así poder compararlos y obtener un porcentaje de error.
Preguntas 7.; Frafique los puntos de medición vs. temperatura.
-.; G1uál es el calor transmitido por el a%ua hacia la probetaH
Q=
kA ( T 1 −T 2 ) L
34área 54coeficiente de conductividad térmica )*m + 64flujo de calor )*m- 27, 2- 4)+
lujo térmico para probeta de aluminio Q=
34 π x .04 ❑2=¿ .""B"- m ❑2 Q=
kA ( T 1 −T 2 ) L
(204 )( .00502 )( 335 −333.3 ) .012
54-"<;-"! *m+ 64H 274C- I1 2-4C".A I1 L4."7- m
2
Q=145.078 W / m ❑
lujo térmico para probeta de acero Q=
34 π x .04 ❑2=¿ .""B"- m ❑2 Q=
kA ( T 1 −T 2 ) L
( 47 )( .00502 )( 319.9 −314.3 ) .012
54
2
Q=110. 10 W / m ❑
Kalores eperimentales 2
(robeta de aluminio
Q=144.515 W / m ❑
(robeta de acero
Q=17528.836 W / m ❑
de error4
2
valor real− valor teórico valor real
de error 74
144.515
−145.078
144.515
4.A&
de error -4
17528.836
−110.10
17528.836
4!!
A.; G1uál es el coeficiente de conducción térmica de la probetaH K =
Q ∗ L A (T 1−T 2 )
34área 54coeficiente de conductividad térmica )*m + 64flujo de calor )*m- 27, 2- 4)+
1oeficiente de conducción térmica para probeta de aluminio 34 π x .04 ❑2=¿ .""B"- m ❑2 K =
K =
Q ∗ L A (T 1−T 2 )
( 145.078 )( .012 ) ( .00502 )( 62− 60.3 ) +4H 647
+4-"< )*m +
1oeficiente de conducción térmica para probeta de acero 34 π x .04 ❑2=¿ .""B"- m ❑2 K =
K =
Q ∗ L A ( T 1−T 2 )
(110.10 )( .012 ) (.00502 )( 46.9−41.3 ) +4H 6477".7" )*m- 274
+4
Kalores Eperimentales (robeta de aluminio (robeta de acero
)*m + +4CA-A".B )*m +
+4-B"C.&
de error4
valor real− valor teórico valor real 2506.8
de error 74
de error -4
−204
2506.8
63230.5
−47
63230.5
4.!7
4!!
<.; Eplique detalladamente los resultados obtenidos y concluya de acuerdo a los fenómenos observados. 3 traves de esta practica y en base a los resultados obtenidos pudimos observar que los materiales utilzados tienen un diferente comportamiento de transmision de calor.Fracias al pro%rama se pudo observar detalladamente la temperatura de los diferentes puntos medidos y como el coeficiente de conduccion de cada material es un factor importante en la transmision de calor,afectando el tiempo de transmision de temperatura en el sistema, en este caso la probeta,los materiales que se utilizaron tuvieron un comportamiento diferente dando los si%uientes resultados/ 3unque la practica se realizo con metales que sabemos que son buenos conductores de calor se obtuvieron los si%uientes resultados/ El acero tuvo un menor coeficiente de conduccion siendo + 4
Conclusiones inalmente, con lo que respecta a la parte teórica, podemos determinar que a t ravés de la práctica pudimos medir el flujo de calor transferido y el coeficiente de conducción térmica de los dos materiales con los cuales trabajamos por medio de la fórmula de conducción por transferencia de calor, eperimentalmente y con los resultados que nos dio el pro%rama podemos observar la comparación entre lo teórico y lo práctico y concluimos que el pro%rama media unos valores inadecuados posiblemente por un fallo en los sensores de los cables nos daba un valor incorrecto de flujo de conductividad térmica e incluso impensable para la probeta por la temperatura con la cual trabajamos #&"M$ y además por que con la probeta con la cual nos dio este valor tan alto sea la que tiene el coeficiente de conductividad térmico más bajo en comparación con las otras B probetas que teniamos disponibles para realizar la práctica, de esta manera determinamos los porcentajes de error que son demasiado elevados ya que el softDare arrojaba valores etremadamente elevados.
Bibliografía
Cengel Y. A., Transferencia de calor y masa : un enfoque práctico , McGraw-Hill, 2007.
