Laboratorio de Ingeniera Qumica Conductividad

QUE! SE VAN A MOLESTAR?? XD

TABLA DE CONTENIDO

Pg.

I. INDICE DE TABLAS 2

II. INDICE DE GRAFICOS3III. RESUMEN 4

IV. INTRODUCCION. 5

V. PRINCIPIOS TERICOS.6-9

VI. DETALLES EXPERIMENTALES10

VII. TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS.11-29

VIII. DISCUSION DE RESULTADOS30

IX. CONCLUSIONES.31

X. RECOMENDACIONES.32

XI. BIBLIOGRAFA. 33

XII. APNDICE.34-44

I. INDICE DE TABLAS

Tabla N1: Condiciones de laboratorio.11

Tabla N2: Dimensiones de los cilindros.11

Tabla N3: Propiedades de las muestras de cobre y aluminio (T = 300K).11

Tablas N4: Temperaturas en la primera corrida con la barra de aluminio (conveccin forzada).......................................................................12

Tabla N5: Temperaturas en la segunda corrida con la barra de aluminio (conveccin forzada).13

Tabla N6: Temperaturas en la corrida con la barra de cobre (conveccin libre)...14

Tabla N7: Resultados del coeficiente de transferencia de calor ...17

Tabla N8: Resultados de la conductividad trmica...18

Tabla N9: Resultados del coeficiente de transferencia de calor ...19

Tabla N10: Resultados de la conductividad trmica 21

Tabla N11: Resultados del coeficiente de transferencia de calor..... 23 Tabla N12: Resultados de la conductividad trmica 26

Tabla N13: Resultados finales.29

Tabla N14: Resultados de otros trabajos...29

II. INDICE DE GRAFICOSGrfica 1: Tiempo de enfriamiento (primera corrida)...39

Grfica 2: Tiempo de enfriamiento (segunda corrida)....39

Grfica 3: Comparacin de los tiempos de enfriamiento del aluminio.40

Grfica 4: vs. Tiempo para la primera corrida..40

Grfica 5: vs. Tiempo para la segunda corrida.41

Grfica 6: vs. Tiempo para la primera corrida..41

Grfica 7: vs. Tiempo para la segunda corrida42

Grfica 8: Tiempo de enfriamiento.42

Grfica 9: vs. Tiempo43

Grfico 10: vs. Tiempo43

Grfico 11: Comparacin entre los coeficientes de conveccin44

III. RESUMEN

La experiencia titulada conductividad, se realiza a una presin atmosfrica de 756 mmHg y una temperatura ambiental de 19C. sta se lleva a cabo midiendo la temperatura de dos cilindros calentados anteriormente a una temperatura mayor a 100C; uno de aluminio que se sumergir en un tanque que presenta un caudal turbulento de agua, y otro de cobre el cual ser expuesto al ambiente sin la presencia de corrientes de aire. Las dimensiones de los cilindros son 5 y 15 cm de dimetro y altura respectivamente.

La medida de temperatura se realiza por medio de un aceite, colocado en un orifico presente en los cilindros, en intervalos de tiempo (cada 5 segundos en el aluminio y 2 a 3 min en la de cobre) hasta alcanzar la temperatura del medio o se aproxime a sta.

El valor conductividad trmica (k) para el aluminio est entre 202.02 W/mK y 210.65 W/mK; y para el cobre el valor de conductividad es 408.05 W/mK.

IV. INTRODUCCION.

En ingeniera la estimacin del costo de la energa que se tiene que transmitir a los equipos para el funcionamiento de la planta, no dependen nicamente de la dimensin de estos (calderas, calentadores, refrigeradores y cambiadores de calor) si no tambin, de la rapidez con que deba transferirse el calor bajo condiciones dadas.

La conductividad trmica hace referencia a una propiedad de transporte, proporcionando un indicador de la velocidad a la que se transfiere energa mediante el proceso de difusin y depende de la estructura fsica de la materia y de su estado.

En estado inestable la temperatura varia con el tiempo, por eso en las ecuaciones de estado estable debe colocarse a la temperatura como una variable ms que influye en los clculos. El objetivo de esta prctica es la determinacin de la conductividad trmica de una barra de Cobre y otra de Aluminio.

V. PRINCIPIOS TERICOS.

La conduccin de calor es un mecanismo de transferencia de energa trmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partculas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto por medio de ondas.Ley de FourierLa conduccin trmica est determinada por la ley de Fourier; Establece que la tasa de transferencia de calor por conduccin en una direccin dada, es proporcional al rea normal a la direccin del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa direccin.

Donde: es la tasa de flujo de calor que atraviesa el rea A en la direccin x es una constante de proporcionalidad llamada conductividad trmica es la temperatura. el tiempo

Conductividad trmica (K) Por ley de Fourier, la conductividad trmica se define como:

El coeficiente de conductividad trmica es una caracterstica de cada sustancia y expresa la magnitud de su capacidad de conducir el calor. En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se mide en vatio / metro kelvin (W/(mK)). El coeficiente de conductividad trmica expresa la cantidad o flujo de calor que pasa a travs de la unidad de superficie de una muestra del material, de extensin infinita, caras plano paralelas y espesor unidad, cuando entre sus caras se establece una diferencia de temperaturas igual a la unidad, en condiciones estacionarias.

Ecuacin de Difusin de calorLa ecuacin del calor es una importante ecuacin diferencial en derivadas parciales que describe la distribucin del calor (o variaciones de la temperatura) en una regin a lo largo del transcurso del tiempo. Para el caso de una funcin de tres variables en el espacio (x,y,z) y la variable temporal t, la ecuacin del calor es:

Donde es la difusividad trmica, que es una propiedad del material.

La ecuacin del calor predice que si un cuerpo a una temperatura T se sumerge en una caja con agua a menor temperatura, la temperatura del cuerpo disminuir, y finalmente (tericamente despus de un tiempo infinito, y siempre que no existan fuentes de calor externas) la temperatura del cuerpo y la del agua sern iguales (estarn en equilibrio trmico).Mtodo de la Resistencia Interna DespreciableUn problema sencillo de conduccin transitoria es aquel en que un slido experimenta un cambio sbito en su ambiente trmico. Considere una pieza forjada de metal caliente que inicialmente esta a una temperatura uniforme Ti y que se templa por inmersin en un liquido a una temperatura ms baja T 0, hasta que finalmente alcance T. Esta reduccin se debe a la transferencia de calor por conveccin en la interfaz solido-liquido. La esencia del mtodo de resistencia interna despreciable es la suposicin de que la temperatura del solido es espacialmente uniforme en cualquier instante durante el proceso transitorio. Esta suposicin implica que los gradientes de temperatura dentro del solido son insignificantes.De acuerdo con la ley de Fourier, la conduccin de calor en ausencia de gradiente de temperatura implica la existencia de una conductividad trmica infinita. Esta condicin es claramente imposible. Sin embargo, aunque la condicin nunca se satisface de forma exacta, se acerca mucho a ello si la resistencia a la conduccin dentro del solido es pequea comparada con la resistencia a la transferencia de calor entre el slido y sus alrededores. Por ahora que, de hecho, es el caso.Al no tomar en cuenta la gradiente de temperatura dentro del slido, ya no es posible considerar el problema desde dentro del marco de la ecuacin de difusin de calor. En su lugar, la respuesta de temperatura transitoria se determina realizando un balance global de energa en el slido. Este balance debe relacionar la velocidad de prdida de calor en la superficie con la rapidez de cambio de energa interna:

Al introducir la diferencia de temperaturas:

Y aceptar que , se sigue que:

Separando variable e integrando desde la condicin inicial, para la que t=0 y T(0) = Ti, obtenemos entonces:

Donde:

Al evaluar la integral se sigue que:

La cantidad es un parmetro adimensional. Se denomina nmero de Biot, y desempea un papel fundamentalem problemas de conduccin que implican efectos de conversin superficial. El nmero de Biot proporciona una medida de cada de temperatura en el slido con relacin con la diferencia de temperaturas entre la superficie y el fluido. Advierta en especial las condiciones que corresponden a Bi