Laboratorio Tansferencia de Calor Def
Laboratorio Tansferencia de Calor Def
Laboratorio Tansferencia de Calor Def
DE LA CONDUCTIVIDAD
TÉRMICA DE UN SÓLIDO
AREA DE FLUIDOS Y TÉRMICAS
TRANSFERENCIA DE CALOR
ACTIVIDAD PRÁCTICA No. 3.
Resumen---En el presente laboratorio se pretende definir el Teniendo en cuenta los conocimientos básicos que debe
concepto de transferencia de calor por conducción (entre dos sólidos), desarrollar y fortalecer todo ingeniero en sus diferentes
en el desarrollo del mismo se presenta de forma académica y bajo el campos de acción, jugando un papel determinante en el
método experimental, en el cual nos va a permitir establecer la
conductividad térmica del material, relacionándola y estableciendo a manejo de conceptos y habilidades que o definen.
su vez las propiedades térmicas de la probeta bajo análisis en la
UNIDAD TD-1002A. por otro lado permite identificar y poner en I. OBJETIVOS
práctica los distintos conceptos bajo estudio como lo son la
transferencia de calor, el gradiente de temperatura, flujo másico, flujo OBJETIVOS GENERALES
volumétrico y diferencia de temperaturas afianzándolas bajo el
método académico, así mismo nos da una perspectiva al manejo de
los dispositivos de medición térmica como es la (Unidad base Determinar experimentalmente la resistencia
TD1002). térmica de contacto en las interfaces de la pieza
intercambiable de latón y los cilindros
Abstract— In the present laboratory it is intended to define the pertenecientes al accesorio de conducción lineal
concept of heat transfer by conduction (between two solids), in its TD 1002A, ubicado en la Fundación Universitaria
development it is presented academically and under the Los Libertadores.
experimental method, in which it will allow us to establish the Evidenciar los conceptos trabajados en clase de
thermal conductivity of the material , relating it and establishing transferencia de calor por medio de conducción
the thermal properties of the test tube under analysis in UNIT
TD-1002A. It also allows identifying and putting into practice the
different concepts under study such as heat transfer, temperature OBJETIVOS ESPECÍFICO
gradient, mass flow, volumetric flow and temperature difference Evidenciar el proceso de conducción entre dos
consolidating them under the academic method, also gives us a sólidos.
perspective on the management of thermal measuring devices Por medio de la conductividad térmica se
such as the (Base unit TD1002). evidencia el material sin conocerlo.
Identificar y medir las magnitudes físicas
I. INTRODUCCIÓN involucradas en la transferencia por conducción a
La transferencia de calor por conducción consiste en la través de la barra de latón del dispositivo de
transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se conducción lineal de calor TD1002A.
encuentran a diferente temperatura sin que se produzca
transferencia de materia entre ellos definiéndose bajo distintas
consideraciones, siendo una de las principales la propiedad III. MARCO TEÓRICO
física de los materiales que determina su capacidad para En física se entiende transferencia de calor como el proceso
conducir el calor es la conductividad térmica. La propiedad por el cual se intercambia energía en forma de calor entre
inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, varios cuerpos o diferentes partes de un mismo cuerpo que
que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del
calor.
están a temperaturas distintas. El calor se transfiere mediante
convección, radiación o conducción.
𝑄̇
Para efectos de este laboratorio estudiaremos como se aplica la =𝑘
𝐴𝑐
ley de conducción de calor de Fourier que describe el
comportamiento de la transferencia de energía en este caso por Ecuación. 2
convección. Cuando en un medio solido se presenta un Para encontrar la razón de transferencia de calor total en un
gradiente de temperatura, el calor tiene la tendencia de sistema al que se le genera una potencia para lograr un cambio
transmitirse de la región de temperatura mayor a la de menor en la temperatura, tomamos la potencia agregada al mismo y
temperatura El calor transmitido por conducción por unidad de la razón de transferencia de calor perdida. La diferencia entre
tiempo qk es proporcional al gradiente de temperatura dT/dx estas nos dará el valor de la razón de transferencia de calor
multiplicado por el área A a través del cual se transfiere, es total del sistema. Es decir:
decir:
𝑄̇ = 𝑃𝑜𝑡𝐼𝑁 − 𝑄̇𝑂𝑈𝑇
𝑑𝑇
𝑞𝑘 𝐴
𝑑𝑥 Ecuación.3
Aplicando la ley de Fourier que describe la conducción Reemplazando los valores de la Ec.3 en la Ec.2 tenemos que:
térmica, encontramos que la conducción de calor se establece
solo si existe un gradiente de temperatura entre dos puntos del
objeto. La ecuación que define la razón de transferencia de
𝑃𝑜𝑡𝐼𝑁 − 𝑄̇𝑂𝑈𝑇
calor por convección se establece de la siguiente forma: =𝑘
𝐴𝑐
Ecuación.4
único que multiplique todo sin cambiar nada, es decir: 1. Se verificó que la Unidad Base TD1002 estuviera
desconectada de la toma de alimentación eléctrica y
sus dos interruptores, izquierdo y frontal, estuvieran
desactivados. También se verificó que el control de
𝑑𝑇 potencia térmica esté en su nivel mínimo (ver figuras
=𝑐
𝑑𝑥 1 y 2).
𝑄̇ = −𝐾 𝐴 𝑐
TABLA 1
INCERTIDUMBRE AREA
AREA
(mm²) ∆ (mm²) (mm²)
30 0,01 30 ±0,0000001
TABLA 2
INCERTIDUMBRE EN LA TEMPERATURA FRÍA Y CALIENTE DEL AGUA CON
UNA POTENCIA DE 15.1W
Fig. 7 Temperatura con potencia de 21.0 w
POTENCIA DE 15,1 W POTENCIA DE 15,1 W
T°C ∆ T°C T°C X (mm) ∆ x(mm) x(mm)
21,5 0,1 21,5 ±0,1 20 0,01 20 ±0,01
21,4 0,1 21,4 ±0,1 40 0,01 40 ±0,1
21,6 0,1 21,6 ±0,1 60 0,01 60 ±0,1
19,2 0,1 19,2 ±0,1 80 0,01 80 ±0,1
19,1 0,1 19,1 ±0,1 100 0,01 100 ±0,1
19,2 0,1 19,2 ±0,1 120 0,01 120 ±0,1
19,2 0,1 19,2 ±0,1 140 0,01 140 ±0,1
TABLA 3
INCERTIDUMBRE EN LA TEMPERATURA FRÍA Y CALIENTE DEL AGUA CON
Fig. 9 Temperatura con potencia de 23.0 w
UNA POTENCIA DE 16.5W
TABLA 4
Fig. 8 Temperatura con potencia de 22.0 w
INCERTIDUMBRE EN LA TEMPERATURA FRÍA Y CALIENTE DEL AGUA CON
UNA POTENCIA DE 17.9W
POTENCIA DE 17,9 W POTENCIA DE 17,9 W INCERTIDUMBRE EN LA TEMPERATURA FRÍA Y CALIENTE DEL AGUA CON
UNA POTENCIA DE 17.9W
T°C ∆ T°C T°C X (mm) ∆ x(mm) x(mm)
85 0,1 85 ±0,1 20 0,01 20 ±0,01 TEMPERATURA DEL AGUA A UNA POTENCIA DE 17.9 W
82,5 0,1 82,5 ±0,1 40 0,01 40 ±0,1 Ti°C ∆ Ti°C Ti°C Tf°C ∆ TfC Tf°C
80,1 0,1 80,1 ±0,1 60 0,01 60 ±0,1 17,7 0,1 17,7 ±0,1 18,4 0,1 18,4 ±0,1
TABLA 8 TABLA 15
INCERTIDUMBRE EN LA TEMPERATURA FRÍA Y CALIENTE DEL AGUA CON
UNA POTENCIA DE 16.5W INCERTIDUMBRE EN LA TEMPERATURA FRÍA Y CALIENTE DEL AGUA CON
UNA POTENCIA DE 15.1W
TEMPERATURA DEL AGUA A UNA POTENCIA DE 16,5 W
Ti°C ∆ Ti°C Ti°C Tf°C ∆ TfC Tf°C CAUDAL A UNA POTENCIA DE 15,1 W
17,8 0,1 17,8 ±0,1 18,2 0,1 18,2 ±0,1
V(m³/s) ∆ V(m³/s) V(m³/s)
TABLA 9
4,29*10-8 0,05 4,29*10-8±0,05
TABLA 16
INCERTIDUMBRE EN LA TEMPERATURA FRÍA Y CALIENTE DEL AGUA CON
UNA POTENCIA DE 21W
∑𝑛𝑖=1(𝑥 − 𝑥)2
𝑆=√
𝑛−1
𝑚̇ = (4.185𝑥10−8 )(998.68)
𝑚̇ = 4.185𝑥10−11
𝑚̇ = (44.275𝑥10−11 )(998.68)
𝑚̇ = 4.275𝑥10−11
Gráfica. 5(Grafica de temperatura (°C ) vs posición(m) a una potencia Este mismo proceso se repitió para la totalidad de las series
(21.0W) tenidas en cuenta durante el desarrollo del laboratorio.
TABLA 19
TABLA 17 RESULTADO DE CADA UNO DE LOS FLUJOS MASICOS
GRADIENTE CORRESPONDIENTE A CADA UNA DE LAS SERIES CON SU (𝑚̇) CORRESPONDIENTES A CADA UNA DE LAS SERIES DE
RSPECTIVA R²
# GRADIENTE R² Flujo
SERIE 1 62,5 0,78 SERIE másico(kg/s)
SERIE 2 1260 0,8656 #1 4,315E-11
SERIE 3 1447,5 0,8715 #2 4,185E-11
SERIE 4 1615 0,8755 #3 4,275E-11
SERIE 5 1785 0,8783 #4 4,055E-11
#5 4,295E-11
TABLA 18 TABLA 20
CAUDALES TOMADOS DE CADA UNA DE LAS SERIES Y SU RESPECTIVA FLUJO MASICO, CALOR ESPECIFICO DEL AGUA A 18.3 °C Y DIFEREMCIA
DENSIDAD DEL AGUA A 18.3 °C DE TEMPERATURAS DEL AGUA DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA
15.1 − 1.81𝑥10−8
Se repitió la implementación de la ecuación para todos los 𝐾=
0.00071 (62.5)
valores de cada serie desarrollada durante la parte
experimental del laboratorio.
𝐾 = 341.83
16.5 − 8.76𝑥10−8
𝐾=
TABLA 21 0.00071 (1260)
RAZON DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE SALIDA DEL SISTEMA
𝐾 = 18.5
̇ salida
17.9 − 8.95𝑥10−8
SERIE W/s 𝐾=
0.00071 (1447.5)
#1 1,81E-08
#2 8,76E-08 𝐾 = 17.5
#3 8,95E-08
Se determinó la conductividad térmica del latón y la
#4 1,02E-07
incertidumbre cometida en su obtención experimental,
#5 1,08E-07 mediante la obtención de datos y el uso de la ecuación 2 del
marco teórico, expuesta en la primera parte del informe.
Para determinar la razón de transferencia de calor total que
se encuentra dentro del material se utilizó la fórmula 3 del TABLA 23
marco teórico. INCERTIDUMBRE DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN CADA UNA DE LAS
SERIES DE MUESTRA
∆
k(W/m*C) k(W/m*C) (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟.𝐸𝑥𝑝. − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟. 𝑇𝑒𝑜𝑟. )
k(W/m*C) %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = [ ] (100)
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟. 𝑇𝑒𝑜𝑟.
82 145,1 82±145,1
𝑆 = 145.1
%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0.16
∑𝑛 (18.5 − 82.3)2
𝑆 = √ 𝑖=1
𝑛−1 Dibujo explicativo del proceso de transferencia de calor por
conducción desarrollado durante la práctica
𝑆 = 145.1
TABLA 25
PORCENTAJE DE ERROR DEL MATERIA EXPERIMENTAL Y EL TEORICO
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