conducción termica

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  Universidad del Valle. Escuela de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Ingeniería Mecánica II TC-1 MEDICION DEL COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TERMICA.  Presentado por: Carlos Andrés Díaz (1125240) Fredy Eduardo Badiel Lizcano (1134377)  Fecha de entrega Marzo de 2015

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informe experimental sobre conduccion termica

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  • Universidad del Valle.

    Escuela de Ingeniera Mecnica

    Laboratorio de Ingeniera Mecnica II

    TC-1 MEDICION DEL COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD

    TERMICA.

    Presentado por:

    Carlos Andrs Daz (1125240)

    Fredy Eduardo Badiel Lizcano (1134377)

    Fecha de entrega

    Marzo de 2015

  • OBJETIVOS

    Conocer el sistema de la barra compuesta para medicin de conductividades.

    Calcular el valor del coeficiente de conductividad trmica de la muestra intermedia.

    ESQUEMA DE EQUIPO DE LABORATORIO

  • DATOS

    d (m) 0,025

    L intermedia (m) 0,030

    L calc (m) 0,0075

    A int (m) 0,000491 Tabla 1. Mediciones del montaje interno

    Tensiones (v)

    80 110 140 170

    Corriente (A)

    0,084 0,116 0,147 0,18

    Distancia (m) Termocupla Temperaturas (C)

    0,000 T1 44,84 64,39 88,70 107,45

    0,015 T2 43,50 61,85 84,61 104,54

    0,030 T3 42,77 60,39 82,20 102,72

    0,075 T6 27,71 29,70 31,91 34,93

    0,090 T7 26,84 27,83 30,30 32,26

    0,105 T8 25,34 26,70 28,68 29,65

    Tabla 2. Datos obtenidos del laboratorio

  • ANALISIS DE DATOS

    Se realizaron los grficos de Temperatura vs Distancia entre termocuplas con el objetivo de

    mirar la tendencia de variacin en la temperatura de debido a la trasferencia de Calor

    generada entre la superficie fra y caliente:

    Grfico 1. Temperatura vs Distancia entre Termocuplas (Tensin 80V)

    Grfico 2. Temperatura vs Distancia entre Termocuplas (Tensin 110V)

    y = -69x + 44,738

    y = -334,67x + 52,81

    y = -79x + 33,74

    0,00

    5,00

    10,00

    15,00

    20,00

    25,00

    30,00

    35,00

    40,00

    45,00

    50,00

    0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120

    Tem

    per

    atu

    ra (

    C)

    Distancia (m)

    Tension 80V

    Superficie Fria

    Superficie Intermedia

    Superficie Fra

    Lineal (Superficie Fria)

    Lineal (SuperficieIntermedia)

    Lineal (Superficie Fra)

    y = -133,33x + 64,21

    y = -682x + 80,85

    y = -100x + 37,077

    0,00

    10,00

    20,00

    30,00

    40,00

    50,00

    60,00

    70,00

    0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120

    Tem

    per

    atu

    ra (

    C)

    Distancia (m)

    Tension 110V

    Superficie Fria

    Superficie Intermedia

    Superficie Fra

    Lineal (Superficie Fria)

    Lineal (SuperficieIntermedia)

    Lineal (Superficie Fra)

  • Grfico 3. Temperatura vs Distancia entre Termocuplas (Tensin 140V)

    Grfico 4. Temperatura vs Distancia entre Termocuplas (Tensin 170V)

    Con estos grficos se corroboro que los materiales en la zona fra y Caliente eran los mismos y que

    la transferencia de Calor se daba en la zona media.

    y = -216,67x + 88,42

    y = -1117,6x + 115,73

    y = -107,67x + 39,987

    0,00

    10,00

    20,00

    30,00

    40,00

    50,00

    60,00

    70,00

    80,00

    90,00

    100,00

    0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120

    Tem

    per

    atu

    ra (

    C)

    Distancia (m)

    Tension 140V

    Superficie Fria

    Superficie Intermedia

    Superficie Fra

    Lineal (Superficie Fria)

    Lineal (SuperficieIntermedia)

    Lineal (Superficie Fra)

    y = -157,67x + 107,27

    y = -1506,4x + 147,91

    y = -176x + 48,12

    0,00

    20,00

    40,00

    60,00

    80,00

    100,00

    120,00

    0,000 0,050 0,100 0,150

    Tem

    per

    atu

    ra (

    C)

    Distancia (m)

    Tension 170V

    Superficie Fria

    Superficie Intermedia

    Superficie Fra

    Lineal (Superficie Fria)

    Lineal (SuperficieIntermedia)

    Lineal (Superficie Fra)

  • Teniendo los datos de Voltajes (v) y corrientes (A), podemos calcular el Calor Transferido

    Q, con la siguiente ecuacin:

    =

    Los Resultados obtenidos se resumen en la tabla 3:

    Tensiones (v)

    80 110 140 170

    Corriente (A)

    0,084 0,116 0,147 0,18

    Calor Transferido (W)

    6,72 12,76 20,58 30,6 Tabla 3. Calores Transferidos

    Teniendo de las termocuplas diferentes mediciones de temperaturas pudimos realizar el clculo

    de la temperatura superficial, tanto en la superficie Caliente como en la fra, partiendo de las

    siguientes ecuaciones:

    , = ( )

    , = ( )

    Partiendo de los valores de , , y , se calculo el coeficiente de transferencia

    de calor () apoyados en la siguiente ecuacin:

    =

    (, ,)

  • Los resultados de todos los clculos se resumen en la siguiente tabla 4:

    Q' 6,72 12,76 20,58 30,6

    T Sup Cal 42,405 59,66 80,995 101,81

    T Sup F 28,145 30,635 32,715 36,265

    K Terica 28,8005714 26,8676574 26,05130389 28,5320657 Tabla 4. Q y K tericos

    Partiendo del valor de 25 dado en la literatura, calculamos el error porcentual del

    Coeficiente de Transferencia de Calor obtenido con la ecuacin:

    % = (

    ) 100

    Se obtuvo un erro del 4,2%.

    ANALISIS DE RESULTADOS

    El coeficiente de Transferencia de Calor () obtenido tras el experimento fue

    26,05 , el cual presenta un error del 4,2% con respecto al de 25

    dado en

    la literatura. Las grficas de temperatura vs. distancia entre termocuplas nos permite

    observar que en las zonas fra y caliente las pendientes son muy similares, lo que se

    esperaba dado que en dichas zonas est presente el mismo material y que la transferencia

    de calor entre estas se da es en la zona intermedia. En dicha zona la pendiente es mucho

    ms alta a comparacin de la fra y la caliente.

  • OBSERVACIONES

    A qu se debe el cambio de pendiente del gradiente de temperatura en cada seccin? El cambio de pendiente se debe a que hay una zona intermedia que permite la transferencia de calor por medio de la probeta que est en contacto con ambas secciones, fra y caliente.

    El coeficiente de conduccin cambia con la Temperatura? Justifique su respuesta. El coeficiente de conduccin en este laboratorio cambia debido a que los instrumentos de medicin de temperatura no son muy preciso a la hora de arrojar sus mediciones; en la prctica se observ que el cambio de temperatura con el tiempo no era lineal, es decir, en ocasiones T2 varia ms que T1. Pero a nivel de clculos tericos el coeficiente de conduccin no debera cambiar con la temperatura, siempre es el mismo.

    Tiene, la resistencia de contacto, algn efecto visible en los resultados obtenidos? La resistencia permite un transferencia de calor mucho mejor, debido a que la el coeficiente en este caso de la resistencia de acero inoxidable (26 W/m C) es ms alto en caso de que no hubiera ninguna resistencia y la transferencia de calor se diera por aire, el cual tiene un coeficiente de conduccin muy bajo de 0,024.