Determinación de Coeficiente de Conductividad (k)

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXCALI
Ingeniería Química
Laboratorio Integral I
Practica #8:
“Determinación del coeficiente de conductividad térmica”
Pérez Hernández Paola Carolina:
Lic. Norman Edilberto Rivera Pazos
Mexicali, B.C., a jueves 11 de diciembre del 2014.

2. “Determinación del coeficiente de conductividad térmica”
Objetivo
Determinar el coeficiente de conductividad térmica (K), utilizando “Ley de Fourier” y datos obtenidos experimentalmente.
Marco Teórico
La conducción es un fenómeno que consiste en la propagación de calor entre dos cuerpos o partes de un mismo cuerpo que se encuentran a diferentes temperaturas. Esta es la transferencia de calor mediante la excitación molecular en el interior del material. Es decir, cuando un extremo del material se encuentra a mayor temperatura, debido a las colisiones de partículas de alta velocidad con las partículas más lentas se produce una transferencia de energía.
La Ley de Fourier establece que “la densidad de flujo de calor por conducción es proporcional al gradiente de temperatura”, es decir que el flujo de calor por unidad de área es directamente proporcional a la disminución de la temperatura con la distancia, donde la constante de proporcionalidad es la conductividad calorífica del material:
ó
Esta ecuación describe los procesos de conducción que tienen lugar en sólidos, líquidos y gases. El coeficiente de conductividad térmica es una propiedad física que depende de la sustancia y de los valores locales de la presión y la temperatura. [ ]
La conductividad calorífica de los sólidos depende de numerosos factores que son difíciles de medir o predecir. En general, los metales son mejores conductores que los no metales, y los materiales cristalinos conducen más fácilmente el calor que los amorfos. La conductividad de la mayor parte de los metales puros disminuye con la temperatura, mientras que la de los no mentales aumenta; las aleaciones presentan un comportamiento intermedio.
En el caso de los sólidos porosos la conductividad calorífica depende extraordinariamente de la fracción de huecos, del tamaño de los poros y del fluido que esta contenido en los poros; en los materiales cristalinos tienen importancia las fases y el tamaño de los cristales: finalmente en los sólidos amorfos ejerce un efecto considerable el grado de orientación molecular.

3. Materiales y Reactivos
Materiales:
 Vaso de ppt. (50 ml)
 Soporte Universal (2)
 Pinzas para soporte universal (3)
 Secadora
 Tubo de cobre con aislamiento
 Cronómetro
 Termómetro
 Termómetro Infrarrojo
 Probeta (25 ml)
Reactivos:
 Agua
Procedimiento
 Con el soporte universal y las pinzas se sostiene la secadora verticalmente de manera que el aire caliente salga hacia arriba.
 Con la probeta se añaden 25 ml de agua al vaso de ppt.
 Con el otro soporte universal se sostiene sobre la secadora el vaso de ppt. o el tubo de cobre, según sea el caso.
 Con el termómetro se toma la temperatura inicial y final del agua, así como la temperatura del ambiente.
 Con el agua se calcula el flujo de calor que la secadora transfiere al agua.
 Con el termómetro infrarrojo se toma la temperatura de las dos caras del tubo de cobre.
 Con el cronometro se calcula el tiempo en el que se tiene un flujo estable.

5. Cálculos y Resultados
Datos del agua:
Datos del tubo de cobre:
Formulas:
Para obtener “ ” a partir del agua:
Para obtener :
Suponiendo que el flujo de calor transferido de la secadora al agua es el mismo que transfiere la secadora al tubo de cobre, esta se sustituye en la ecuación para obtener . Sustituyendo valores y calculando se tiene:
Intento
( ⁄) 1 6.967 217.7
2
2.787
139.3
A continuación se muestra una tabla con valores de para diferentes materiales, entre ellos se encuentra el cobre, donde se puede comparar con el valor obtenido experimentalmente.
Intento
(°C)
(°C)
(°C)
(°C) 1 23 22 42 20
2
23
22
30
8
Intento
(°C)
(°C)
(°C)
(°C) 1 25 35.8 29.4 6.4
2
25
31
27
4

7. Conclusión
Se utilizó la secadora como medio de calentamiento ya que emitía aire a 48°C. Se realizaron dos intentos, donde se colocó el agua y el tubo de cobre a diferentes distancias de la secadora, lo que dio como resultado la obtención de diferentes temperaturas de los dos intentos en un mismo tiempo.
Comparando el valor obtenido experimentalmente con el de la tabla, se puede observar que se obtuvo un valor muy cercano para el coeficiente de conductividad térmica del cobre.
Referencias
(s.f.). Obtenido de http://www.cecatherm.com/calefaccion-radiante/radiacion-conveccion- conduccion
Bird, R. B., Steart, W. E., & Lightfoot, E. N. (1982). Fenómenos de Transporte. España: REVERTÉ.
Nave, M. O. (s.f.). hypherPhysics. Obtenido de http://hyperphysics.phy- astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heatra.html